DE69318085T2

DE69318085T2 - Gas-Durchflussregler

Info

Publication number: DE69318085T2
Application number: DE69318085T
Authority: DE
Inventors: Michael William Harral; Andrew Richard Tatarek-Gintowt
Original assignee: Sabre Safety Ltd
Current assignee: Protector Technologies BV
Priority date: 1992-08-05
Filing date: 1993-07-26
Publication date: 1998-08-13
Anticipated expiration: 2013-07-27
Also published as: GB9216648D0; US5307834A; GB2269441B; GB2269441A; EP0586078A3; EP0586078A2; ES2114591T3; DE69318085D1; EP0586078B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Gasdurchflußregler zur Entgegennahme von Gas von einer Hochdruckquelle und Abgabe des Gases unter niedrigem Druck an den Verbraucher. Solche Gasdurchflußregler finden speziell Anwendung im medizinischen Bereich, beispielsweise in Krankenhäusern, wo Sauerstoff oder ein anderes Atemgas von einem Hochdruckgaszylinder über Schläuche, die nur einem Druck von unter 200 Pfund (ca. 1,37896 MPa) standhalten können, zu einem Patienten geleitet werden muß. Solche Gasdurchflußregler werden zusammen mit einer Druckentlastungvorrichtung verwendet, die gewöhnlich eine vom Gasdurchflußregler gesonderte Vorrichtung war mit der Folge, daß sowohl der Regler als auch die Druckentlastungsvorrichtung mit dem Auslaß des Gaszylinders verbunden werden mußten.
Eine Kombination aus einem Gasdurchflußregler und einem Druckentlastungsventil ist im US-Patent 4 655 246 beschrieben. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gasdurchflußregler anzugeben, der ein Druckentlastungsventil innerhalb desselben Körpers wie der Regler enthält, jedoch Vorteile im Vergleich zu der Vorrichtung nach dem US-Patent 4 655 246 hat.
Das US-Patent 4 020 863 beschreibt einen Gasdurchflußregler nach dem Oberbegriff das nachfolgenden Anspruchs 1, bei dem das Druckentlastungsventil, nicht jedoch der Kolbenkopf, an einem Abschnitt des Reglerkörpers dichtend anliegt. Eine Öffnung, die die erste Kammer mit der zweiten Kammer (und somit mit der Atmosphäre) verbindet, ist im Druckentlastungsventil angeordnet, um übermäßigen Druck aus der ersten Kammer ablassen zu können. Im Falle, daß in der ersten Kammer ein Überdruck auftritt, wenn der Kolben aus irgendeinem Grunde sich nicht gegen die dritte Kammer bewegen kann, drückt der Überdruck gegen das Druckentlastungsventil, um es gegen die Wirkung einer Feder gegen die dritte Kammer zu bewegen, um somit die Öffnung im Druckentlastungsventil zu öffnen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Gasströmungsregler angegeben, enthaltend einen Reglerkörper, einen Kolben mit einem Kolbenkopf und einer Kolbenstange innerhalb des Reglerkörpers, wobei die Kolbenstange in dichtendem Eingriff mit einem ersten Abschnitt des Reglerkörpers ist, das Innere des Reglerkörpers in drei Kammern unterteilt ist, eine erste Kammer, die eine abgedichtete Kammer zwischen dem Kolbenkopf und einem Ende des Reglerkörpers ist, eine zweite Kammer zwischen dem Kolbenkopf und dem Abschnitt des Reglerkörpers, innerhalb dem die Kolbenstange in dichtem Eingriff ist, und eine dritte Kammer hinter der Kolbenstange, eine Öffnung im Reglerkörper, die die zweite Kammer mit der Atmosphäre verbindet, einen Gaseinlaß, der mit der dritten Kammer in Verbindung ist, um Gas unter hohem Druck von einer Gasquelle zur dritten Kammer zu leiten, wobei am Kolben ein Ventilsitz ausgebildet ist, der gegen den Gaseinlaß in der dritten Kammer dichtet, eine Gasleitung innerhalb der Kolbenstange, die die dritte Kammer mit der ersten Kammer verbindet, einen Gasauslaß aus der dritten Kammer, um Niederdruckgas vom Reglerkörper zu einem Benutzer zu leiten, ein Druckentlastungsventilglied mit einer Hülse, die auf der Kolbenstange innerhalb der zweiten Kammer sitzt und auf der Kolbenstange verschiebbar ist, eine Federeinrichtung innerhalb der zweiten Kammer, die zwischen dem Reglerkörper und dem Druckentlastungsglied wirkt, um das Druckentlastungsglied in Berührung mit dem Kolbenkopf zu drücken und im normalen Betrieb des Reglers eine Öffnung zu schließen, die die erste Kammer mit der zweiten Kammer verbinden kann, wodurch der Kolben und das Druckentlastungsglied sich als Einheit im normalen Betrieb des Reglers bewegen, wobei das Druckentlastungsglied vom Kolbenkopf gegen die Wirkung der Federeinrichtung beweglich ist, um Überdruck aus dem Reglerkörper über die zweite Kammer in die Atmosphäre abzulassen, wobei der Regler dadurch gekennzeichnet ist, daß der Kolbenkopf in dichtender Ahlage an einem zweiten Abschnitt des Reglerkörpers ist, die Hülse des Druckentlastungsventilgliedes an der Kolbenstange innerhalb der zweiten Kammer dichtend anliegt und die Öffnung, die die erste Kammer mit der zweiten Kammer verbinden kann, im Kolbenkopfliegt, wodurch sowohl der Kolbenkopf als auch die Kolbenstange in dichtendem Eingriff mit dem Reglerkörper sind.
Das Verständnis der vorliegenden Erfindung wird durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform erleichtert, die beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden zeichnungen gegeben wird, in denen:
Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung eines Gasströmungsreglers gemäß der vorliegenden Erfindung ist, der ein Druckentlastungsventil enthält, und die die normale Position des Druckentlastungsventils zeigt, und
Fig. 2 eine ähnliche Darstellung des Gasströmungsreglers von Fig. 1 ist, die das Druckentlastungsventil im geöffneten Zustand zum Ablaß von Überdruck in die Atmosphäre zeigt.
Fig. 1 der Zeichnungen zeigt einen Gasströmungsregler mit einem Reglerkörper aus den Teilen 1 und 2, von denen das Teil 1 ein im wesentlichen massives Teil und das Teil 2 eine im wesentlichen hohle Kappe ist&sub1; die an dem im wesentlichen massiven Teil 1 befestigt ist.
Axial innerhalb des aus den Teilen 1 und 2 bestehenden Reglerkörpers befindet sich ein Kolben mit einem Kolbenkopf 3 und einer Kolbenstange 4. Der Kolbenkopf 3 ist über einen O-Ring 5 mit der Innenfläche des Teils 2 des Reglerklörpers in dichtender Anlage, und die Kolbenstange 4 ist durch einen O-Ring 6 in einem Kanal 7 abgedichtet, der in dem im wesentlichen massiven Teil 1 des Reglerköpers ausgebildet ist. Der Innenraum des Reglerkörpers ist somit in drei Kammern unterteilt, eine erste Kammer 8 zwischen dem Kolbenkopf 3 und dem Ende des Reglerkörpers, der durch das Teil 2 gebildet ist, eine zweite Kammer 9 zwischen dem Kolbenkopf 3 und dem im wesentlichen massiven Teil 1 des Reglerkörpers und eine dritte Kammer 10 innerhalb des massiven Teils 1 des Reglerkörpers unterhalb des Endes der Kolbenstange 4.
Ein Gaseinlaß 11 steht mit der dritten Kammer 10 in Verbindung, um unter hohem Druck stehendes Gas von einer Gasquelle, beispielsweise einem Gaszylinder, zur dritten Kammer 10 zu leiten. Das Teil 1 des Reglerkörpers enthält Einrichtungen, die den Reglerkörper mit dem Auslaß das Gaszylinders, der konventionell ist und in den begleitenden Zeichnungen weggelassen ist, verbinden. Der Gaseinlaß 11 zur dritten Kammer 10 endet in einer Gasdüse 12, auf der ein Ventilsitz 13 sitzt, der an der Kolbenstange 4 befestigt ist, um den Eintritt von Gas aus dem Gaszylinder in die dritte Kammer 10 zu verhindern, wenn kein Niederdruckgas aus der dritten Kammer durch den Auslaß 15 abgezogen wird.
Innerhalb der Kolbenstange 4 ist ein axialer Gaskanal 16 ausgebildet, der die dritte Kammer 10 mit der ersten Kammer 8 verbindet und der mit der dritten Kammer 10 über einen kreuzförmig gestalteten Durchlaß 17 in Verbindung steht. Ein Druckentlastungsglied umfaßt eine Hülse 18 mit einem solchen Durchmesser, daß sie auf der Außenfläche der Kolbenstange 4 gleiten kann und aufgrund der Anwesentheit eines O-Rings 19 an der Kolbenstange 4 abgedichtet ist. Das Druckentlastungsglied umfaßt außerdem einen Flansch 20, der an der Fläche des Kolbenkopfes 3, der die zweite Kammer 9 begrenzt, über einen 0-Ring 21 dichtend anliegt.
Der Kolbenkopf 3 hat eine Öffnung 22, die sich durch ihn hindurch von der ersten Kammer 8 zur zweiten Kammer 9 erstreckt und die im normalen Betrieb des Gasströmungsreglers verschlossen ist, wie in Fig. 1 gezeigt. Die zweite Kammer 9 ist zur Atmosphäre über Öffnungen 23 in den Wänden des Teils 2 des Reglerkörpers entlüftet.
Eine Schraubendruckfeder 24 stützt sich am Teil 1 des Reglerkörpers ab und drückt gegen den Flansch 20 des Druckentlastungselements, um dieses gegen den Kolbenkopf 3 zu drücken, um das Druckentlastungselement mit dem Kolbenkopf 3 in Berührung zu halten, damit der Kolben und däs Druckentlastungselement sich als Einheit im normalen Betrieb des Gasströmungsreglers bewegen, d.h. bei Abwesenheit eines unerwünschten Überdrucks.
Bei einem solchen normalen Betrieb des Gasströmungsreglers werden das Ventilelement 14 und der Kolben um eine kleine Distanz vom Gaseinlaß 12 abgehoben, damit Gas von der Hochdruckquelle in die dritte Kammer 10 und durch den Durchlaß 17 und den Gaskanal 16 in die erste Kammer 8 strömen kann. Da die Öffnung 22 durch den Flansch 20 des Druckentlastungsgliedes verschlossen ist, wird in der ersten Kammer 8 ein Druck erzeugt, der auf den Kolbenkopf 3 wirkt, um die Kräfte, die von der Feder 24 auf den Kolben aufgebracht werden, und den Gasdruck in der dritten Kammer 10, der auf die kleinen Flächen des Ventilsitzes 13 und die Kolbenstange 4 wirkt, auszugleichen. Dementsprechend wird Gas unter niedrigem Druck über den Auslaß 15 zur Verfügung gestellt, das zur Folge hat, daß der Kolben sich auf und ab bewegt, um die Gasdüse 12 in der dritten Kammer 10 zu öffnen und zu schließen.
Wenn sich der Kolben auf und ab bewegt, wenn Strömung aus dem Auslaß 15 gesogen wird, bewegt sich das Druckentlastungselement mit dem Kolben auf und ab.
Im Falle einer Fehifunktion, beispielsweise weil der O-Ring 6 klemmt oder der Ventilsitz 13 beschädigt ist, sodaß kontinuierlich Hochdruckgas aus der Gasdüse 12 entweicht, bewegt sich der Kolben nicht und wird ein unerwünschter hoher Druck in der dritten Kammer 10 und der ersten Kammer 8 erzeugt. Ein solcher unerwünschter hoher Druck wird dadurch abgelassen, daß sich das aus dem Flansch 20 und der Hülse 18 vorn Kolbenkopf 3 bestehende Druckentlastungselernent gegen die Wirkung der Feder 24 wegbewegt, wodurch der Überdruck durch die Öffnung 22 in die zweite Kammer 9 und von dort durch die Öffnungen 23 zur Atmosphäre entweichen kann, wie durch die Pfeile in Fig. 2 gezeigt. Der Gaskanal 16, die Öffnung 22 und die Öffnung 23 sollten sämtlich einen ausreichend großen Durchmesser haben, daß die größte angenommene Strömung, die durch Überdruck im Reglerkörper hervorgerufen wird, entweichen kann.
Sobald der Überdruck abgelassen ist, kann die Feder 24 das Druckentlastungselernent in die Dichtposition rückführen, in der der Flansch 20 des Druckentlastungselements die Öffnung 22 wieder schließt und die zweite Kammer 9 gegen die erste Kammer 8 abgedichtet ist.
Die Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung schafft ein Druckentlastungselement, das sich relativ zum Kolben völlig unabhängig von der Bewegung des Kolbens bewegt. Das Druckentlastungselement ist daher immer noch betriebsfähig, um Überdruck abzulassen, wenn der Kolben sich beispielsweise wegen eines Verklemmens des O-Ringes 6 nicht bewegen kann.
Bei der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist der Kolbenmit dem Teil 1 des Reglerkörpers in direktem Kontakt, wodurch die Ausrichtung des Ventilsitzes 13 am Kolben auf die Gasdüse 12 verbessert wird. Eine Relativbewegung zwischen der Gasdüse 12 und dem Ventilsitz 13 ist somit vermindert, und die Dichtungswirkung ist über längere Zeit aufrechterhalten, als bei früher vorgeschlagenen Vorrichtungen.
Die Ausrichtung der Dichtfläche des O-Ringes 21 und des Kolbenkopfes 3 ist unabhängig von der Befestigung des Kappenteils 2 des Reglerkörpers am im wesentlichen massiven Teil 1 mittels Schraubgewinden. Die Ausrichtung ist daher beständiger und ermöglicht geringere Herstellungstoleranzen, ohne eine Verschlechterung der Druckentlastungsfunktion mit sich zu bringen.
Die Konstruktion des Gasströmungsreglers der vorliegenden Erfindung ist derart, daß vorhandene Kolbenregler in Gasströrnungsregler mit Druckentlastungselernenten umgewandelt werden können, indem einfach ein Kolben und ein Druckentlastungsventilglied der hier beschriebenen Art als Ersatz eingebaut werden. Eine solche Umrüstung vorhandener Kolbenregler kann mit der Vorrichtung nach dem US-Patent 4 655 246 nicht ohne Veränderung des Reglerkörpers ausgeführt werden.

Claims

Gasströrnungsregler, enthaltend einen Reglerkörper (1,2), einen Kolben mit einem Kolbenkopf (3) und einer Kolbenstange (4) innerhalb des Reglerkörpers, wobei die Kolbenstange in dichtendem Eingriff mit einem ersten Abschnitt des Reglerkörpers ist, das Innere des Reglerkörpers in drei Kammern unterteilt ist, eine erste Kammer (8), die eine abgedichtete Kammer zwischen dem Kolbenkopf und einem Ende des Reglerkörpers ist, eine zweite Kammer (9) zwischen dem Kolbenkopf und dem Abschnitt des Reglerkörpers, innerhalb dem die Kolbenstange in dichtem Eingriff ist, und eine dritte Kammer (10) hinter der Kolbenstange, eine Öffnung (23) im Reglerkörper, die die zweite Kammer mit der Atmosphäre verbindet, einen Gaseinlaß (11), der mit der dritten Kammer (10) in Verbindung ist, um Gas unter hohem Druck von einer Gasquelle zur dritten Kammer zu leiten, wobei am Kolben ein Ventilsitz (13) ausgebildet ist, der gegen den Gaseinlaß in der dritten Kammer dichtet, eine Gasleitung (16) innerhalb der Kolbenstange, die die dritte Kammer (10) mit der ersten Kammer (8) verbindet, einen Gasauslaß (15) aus der dritten Kammer, um Niederdruckgas vom Reglerkörper zu einem Benutzer zu leiten, ein Druckentlastungsventilglied mit einer Hülse (18), die auf der Kolbenstange innerhalb der zweiten Kammer sitzt und auf der Kolbenstange verschiebbar ist, eine Federeinrichtung (24) innerhalb der zweiten Kammer (9), die zwischen dem Reglerkörper und dem Druckentlastungsglied wirkt, um das Druckentlastungsglied in Berührung mit dem Kolbenkopf (3) zu drücken und im normalen Betrieb des Reglers eine Öffnung (22) zu schließen, die die erste Kammer (8) mit der zweiten Kammer (9) verbinden kann, wodurch der Kolben und das Druckentlastungsglied sich als Einheit im normalen Betrieb des Reglers bewegen, wobei das Druckentlastungsglied vom Kolbenkopf (3) gegen die Wirkung der Federeinrichtung (24) beweglich ist, um Überdruck aus dem Reglerkörper über die zweite Kammer (9) in die Atmosphäre abzulassen, wobei der Regler dadurch gekeimzeichnet ist, daß der Kolbenkopf (3) in dichtender Anlage an einem zweiten Abschnitt des Reglerkörpers ist, die Hülse (18) des Druckentlastungsventilgliedes an der Kolbenstange innerhalb der zweiten Kammer dichtend anliegt und die Öffnung (22), die die erste Kammer (8) mit der zweiten Kammer (9) verbinden kann, im Kolbenkopfliegt, wodurch sowohl der Kolbenkopf (3) als auch die Kolbenstange (4) in dichtendem Eingriff mit dem Reglerkörper (1,2) sind.