CN101678946B - 阀和分配器 - Google Patents

Abstract

一种包括入口和出口的阀，该阀具有可在第一平衡位置和第二开启位置之间移动的阀元件，其中当该阀元件位于第一位置时，所述入口和出口不流体连通，当该阀元件位于第二位置时，所述入口和出口流体连通，并且其中所述阀元件响应于所述入口和出口处的压力而可在第一位置和第二位置之间移动。

Description

阀和分配器

发明描述

本发明涉及阀和包括阀的分配器。

在一容积内部的压力需要被控制和从一源被供给以压力的情况下，提供一适合的阀是已知的。但是，已知的阀是复杂的，带有偏压元件和控制机构，且并不普遍地适合于多种应用。

根据本发明的第一方面，我们提供了一种包括入口和出口的阀，所述阀具有可在第一平衡位置和第二开启位置之间移动的阀元件，其中当该阀元件位于所述第一位置时，所述入口和出口不流体连通，当该阀元件位于所述第二位置时，所述入口和出口流体连通，并且其中所述阀元件响应于所述入口和出口处的压力而可在所述第一位置和所述第二位置之间移动。

所述阀元件可以包括一活塞，该活塞具有响应于所述出口处的压力的第一表面区域，以及响应于所述入口处的压力的较小的第二表面区域，其中该活塞可以是响应于所述第一和第二表面区域上的净力而可移动的。

所述活塞可以是可在与所述出口流体连通的第一孔中移动的，并且所述第二表面区域可以设置在一杆上，该杆附接至所述活塞并且可在与所述入口流体连通的第二孔中移动。

在所述杆中可以设置一通孔，并且可以设置上密封件和下密封件，以在所述杆和第二孔之间提供滑动密封。

在所述第二位置，所述杆的端部可以位于所述上密封件和下密封件之间，使得流体能够围绕所述杆经过下密封件，并进入通孔。

所述阀元件可以是响应于所述入口和出口处的压力而可移动至第三位置的，其中所述入口和出口不流体连通。

所述阀元件可以是可移动至第四位置的，以允许流体从所述出口流至所述入口。

所述阀元件可以只响应于所述入口和出口处的压力而在所述第一位置和第二位置之间移动，且可以不存在偏压元件或控制元件来在所述第一和第二位置之间移动所述阀元件。

所述阀的一个示例性使用是用于液体分配器例如喷雾器(aerosol)中。通常，这种分配器填充有包括诸如丙烷、丁烷或异丁烷之类的挥发性有机化合物的压缩气体(propellant)。这样的压缩气体具有如此低的沸点，使得当其被引入喷雾器或点烟器时，它们在低压下舒适地保持为液体形式，而当喷雾器被使用时，它们随着压力下降而在低温下汽化。已知这些压缩气体是易燃和有毒的。已经考虑过惰性或不大有害的压缩气体如氮或二氧化碳。但是，为使氮成为液体，要求其被保存在大约4000psi的压力下，而为使二氧化碳成为液体，要求其被保存在815psi的压力下，该压力过高以致不能被容纳在常规喷雾器容器中。因此，这些气体的膨胀-压力曲线使得当所述气体被用于常规喷雾器筒--其中内部压力通常(conventially)在60-120psi的范围内--中时，随着内容物被使用，容器内的压力过快地减小，且排放速率下降。

根据本发明的第二方面，我们提供了一种分配器，该分配器包括容器以及从该容器释放在压力下的液体的喷嘴，该分配器进一步包括用于向所述容器供给在压力下的流体的压力源，该压力源和容器通过根据本发明第一方面的阀连接。

所述压力源可以是可可释放地连接至所述容器的。

所述压力源可以包括所述阀和一压力瓶。

所述容器可以具有一连接部，以接合所述压力源，该连接部具有一推杆，以在一压力源与所述容器接合时，将所述阀元件从第三位置推至第二位置。

所述喷嘴可连接至一延伸进入所述容器的管，以允许从所述容器分配液体。

所述液体可以以喷雾状物(spray)、射流或泡沫中的一种的形式分配。

现在将参考附图，仅以示例的方式描述本发明的实施方案，在附图中：

图1a是具体体现本发明的阀的剖视图，

图1b是在第二位置的图1a的阀的剖视图，

图1c是在第三位置的图1a的阀的剖视图，

图1d是在第四位置的图1a的阀的剖视图，

图2是一替代性阀的剖视图，

图3是包括了图1的阀的分配器的剖视图，

图4是在第一运作位置的图3的分配器的一部分的放大图，

图5是在第二运作位置的图3的分配器的一部分的放大图，

图6是在第二运作位置的图3的喷雾器的一部分的放大图，

图7是图3的分配器的压力筒的剖视图。

具体体现本发明的阀在图1a到1d中总体示为10。该阀10适合用于需要流体压力的受控供给的任何适合的应用。阀10包括入口11，在压力下的流体被供给到该入口。所述加压流体可以是从例如气体罐供给的气体。活塞12可在第一孔13中移动，在该实施例中其移动受第一孔13的端部14和簧环15约束。第二孔16具有较第一孔13小的直径，并从第一孔13延伸至入口11。活塞杆17连接至活塞12，并可滑动地在第二孔16内移动。通道18从活塞12的上表面延伸贯穿活塞杆17，并具有一个或多个端口19。被支承在第二孔16中的凹槽中的上O形环密封件20和下O形环密封件21在活塞杆17和第二孔16之间提供滑动密封。第一孔13的上部提供一出口。孔13的、在活塞12和孔13的端部14之间的容积优选地处于较低压力，例如经由适合的端口(未示出)通风至大气。这样，活塞12能够响应于下述净力而自由移动，所述净力源于作用于活塞12的较大表面区域上和活塞杆17端部的较小表面区域上的、入口11和出口处的不同压力。

图1a示出了在第一、平衡位置的阀10，在该位置，出口处的较低压力，并且因此孔13中的较低压力，由入口中的、施加至杆17的端部的较小区域上的较高压力平衡。因此，在活塞12上不存在净力，或在活塞12上不存在足够导致活塞克服诸如密封件20、21和活塞杆17之间的任何摩擦力而移动的净力。

当出口处的压力下降时，如图1b所示，活塞12被向上推动至第二开启位置，因为施加至活塞12的力将小于由于作用于杆17端部的较小区域上的、入口11处的较高压力而引起的向上的力。活塞12将被向上推动，从而使活塞杆17的下部移动而脱离与下O形环21的接触。因为杆17和第二孔16之间的公差将不是精确的，在压力下的流体将流过入口11、端口19和通道18进入出口22。当出口处的压力充分增加后，活塞12上的向下的力将超过杆17端部上的向上的力，于是活塞12将返回至图1a中的第一位置。

在如图1c所示的第三位置，例如由于阀10被有意地移出分配器，或由于泄漏或其他原因，第一孔13中的压力被完全释放，或降低至大气压力或周围环境压力。在这种情况下，入口11处的压力将向上推动活塞12，直到活塞12接合簧环15，并且端口19处在上O形环密封件20之上。于是，在压力下的流体不能从入口11传递至出口22，因此阀10处于安全状态。

在气体容器包括在压力下的流体源的情况下，阀10也可以用于再充填气体容器。如图1d所示，施加至出口22的再充填压力将活塞12向下推动，直到活塞12到达第四位置--在这一实施例中，直到活塞接合孔13的端部14时。通道18和端口19提供流体连接，允许在压力下的流体从出口22传递至入口11。当从出口22释放压力时，活塞12将被向上推动，直到它到达图1c中所示的位置。可替代地，不是完全使用再充填压力将活塞12推至第四位置，而是可使用诸如推杆之类的适合的物理机构在阀与再充填压力源接合时将活塞12移动至第四位置，并在阀10与再充填压力源断开时，允许活塞12返回至图1c中所示的第三位置。如果希望活塞12不一定接触端面14，第四位置可以通过诸如孔内的簧环之类的某种其他的止动器来限定。

明显的是，在阀中可以设置任何其他适合构造的通道，以允许入口11和出口之间有连接。图2示出了替代性的活塞12’和杆17’，其中杆17’除通孔24以外是实心的，并且杆17’足够长使得其总是与下O形环21形成密封接触。活塞12’的移动导致通孔24开启和关闭将流体供给至与孔13流体连通的出口22’的供给通道25。

当阀10、10’连接至待被供给以加压流体的诸如分配器之类的装置时，明显的是，活塞12将位于如图1c所示的第三位置。为了使阀10允许在压力下的流体从入口11传递至孔13的出口，需要某物理元件来初始地将活塞12移动至第二位置。在图2的实施例中，一推杆26作为一装置上的连接器27的一部分被提供，阀10经由螺纹连接件28连接到该装置上。随着阀10被拧至螺纹连接件28上，推杆23将与活塞12接触，并将活塞12从图1c的关闭位置移开，从而允许压力从入口11传递至孔13。一旦所述装置内的压力，并且因此孔13处的压力，充分升高，活塞12将移动至第一、平衡位置，并随后响应于孔13处的压力变化，如上所述地运作。

如果阀10并不旨在能够允许进行压力源的再充填，那么该阀可以被配置为使得活塞12不能移动至如图1d所示的第四位置。这可以例如通过以下方式实现：选择杆17的长度使得其不能延伸超过下O形环21，或通过以孔13的端部14的位置限制活塞12的行程范围，或者通过提供另一簧环，或者其他方式。

明显的是，阀10可以用于任何适合的应用，在该应用中需要从处于较高压力的源向处于较低压力的装置或容积供给在压力下的流体。所述源可以是贮存在压力下的流体的容器，诸如气体瓶，或压力管线，或泵，或任何其他适合的源。所述阀的构造是简单的，不需要偏压或控制装置，并且活塞12和杆17的相对尺寸可以根据期望的源压力和出口压力选择。阀10适合于小型化，且制造起来简单。

现在将参考图3到7描述所述阀的示例性应用。一分配器被示为30，在这一实施例中包括喷雾器，该喷雾器可操作使得该分配器的内容物以喷雾(mist)、喷雾状物或泡沫的形式喷出，但该分配器根据需要可以是任何其他类型的分配器。分配器30包括用于贮存待分配的液体的容器31，该容器31由该容器31上端的帽32封闭。连接部33被布置在容器31的下部，以接收气压源，如下文更详细讨论的。所述帽32具有喷嘴34a和延伸进入容器31的体部的汲取管(dip tube)34b。提供了一按钮35，该按钮在被按压时将汲取管34b连接至喷嘴34a，使得液体被容器31中的压力从容器31推动穿过汲取管34a并穿过喷嘴34a而被推出。

连接部33包括带有内部密封件37的大体圆柱形的体部36。排放口38将连接部33连接至容器31的内部。推杆39向下延伸进入体部36以接合阀10，如下所述。

为向容器31提供在压力下的流体，提供一压力源40。该压力源40包括压力瓶41和调节器42，该调节器42包括一如上所述的阀10，所述活塞12具有密封件12a并可在压力源40的端部40a中移动。在调节器42中，螺纹螺钉43为活塞12之下的容积提供到大气的连接。在这一实施例中，该螺纹螺钉43还防止活塞12移动至第四位置，作为防止或阻碍压力瓶41在未使用状态时排放的安全措施。当压力瓶41包含在压力下的流体并且压力源40未连接至连接部33时，阀10处在如图1c所示的第三位置。

通过将压力源40插入直到其经过密封件37，如图4所示将压力源40引入连接部33。进一步推动该压力源使活塞12与推杆39接触。如上所述，这驱使活塞12远离第三位置，并进入第二位置，如图5所示。在压力下的流体从阀10穿过排放口38被供给到容器31中。当容器31达到适合的压力时--该适合的压力如像上文所讨论的通过选择活塞12和活塞杆17的尺寸而设置的，活塞12将移动至第一、平衡位置，如图6所示。

虽然压力源40和连接部33被示为位于容器31的大体中央处，并被容纳在容器31的下部中，但是分配器可以设有以任何适合方式定位和连接的压力源和容器。

明显的是，当按压按钮35以从容器31分配液体时，容器31内的压力将下降。相应地，活塞12将被向上推动，并且在压力下的流体将被供给到容器31中，直到再次达到平衡压力。

当需要再充填压力瓶41时，将螺纹螺钉43移去，或充分拧出，以允许活塞12移动至第四位置。接着，阀10可以与适合的再充填喷嘴44接合，该喷嘴44将活塞12推动至第四位置，如图7所示。压力从喷嘴44的通道45穿过孔18和出口19被供给到压力瓶41中。当需要再充填容器31时，可以将帽32或连接部33移去以允许将液体引入容器31，并接着将其以适合的液密密封件和压力密封件封闭。可替代地，如果适合，可以在插入压力源40之前，将待分配的液体通过排放口38引入容器31。

明显的是，所述分配器的优点在于，它使得可以提供如下的喷雾器或分配器：该喷雾器或分配器能够被再充填以待分配的液体和压缩气体。因此，这提供了优于已知喷雾器的相当大的优势，在已知喷雾器的情况下，一旦内容物被排空，必须将整个容器丢弃，从而导致资源的大量浪费。

所述分配器是有利的还在于，阀10的使用允许氮或二氧化碳被可靠地使用。氮或二氧化碳不会具有已知压缩气体的环境损害效应，并且生产和分配起来比较廉价。氮和二氧化碳还是惰性的，相对廉价，并且不会具有与已知的易燃压缩气体相关的危险性。例如，为在容器内提供约75-250psi的压力，压力源可以包含处于约4000psi的压力的液态氮。将会选择活塞和杆的面积，使得当这些压力分别被施加至阀10的出口和入口时，阀元件移动至其第一、平衡位置。1cc的液态氮在70C将提供696.5cc的气体。因此，具有12cc的容积的压力源将提供用于分配器的约10次排放的压缩气体。

明显的是，包括压力瓶和阀10的压力源可以单独使用，用于任何适合的功能。

在本说明书和权利要求书中使用时，术语“包括(comprise)”和“包括(comprising)”及其变体意为包含所指定的特征、步骤或完整物。这些术语不应被解释为排除其他特征、步骤或部件的存在。

在前述描述或下述权利要求或附图中公开的、以其特定形式或通过实现所公开的功能的装置表达的特征，或用于获得所公开的结果的方法或工艺，在适当时，可以单独地，或以这些特征的任何组合的方式，用于以本发明的多种形式实现本发明。

Claims (14)

1.一种包括入口和出口的阀，该阀具有在第一平衡位置和第二开启位置之间可移动的阀元件，其中当所述阀元件位于所述第一位置时，所述入口和所述出口不流体连通，当所述阀元件位于所述第二位置时，所述入口和所述出口流体连通，并且其中所述阀元件响应于由所述入口和所述出口处的方向相反的压力产生的净力而可逆地在所述第一位置和所述第二位置之间移动。

2.根据权利要求1所述的阀，其中所述阀元件包括一活塞和一附接至该活塞的杆，该活塞具有响应于所述出口处的流体压力的第一表面区域，并且该杆具有响应于所述入口处的流体压力的较小的第二表面区域，其中所述活塞响应于所述第一表面区域和所述第二表面区域上的净力而可移动。

3.根据权利要求2所述的阀，其中所述活塞在与所述出口流体连通的第一孔中可移动，并且所述杆在与所述入口流体连通的第二孔中可移动。

4.根据权利要求3所述的阀，其中一通孔被设置在所述杆中，并且上密封件和下密封件被设置来在所述杆和所述第二孔之间提供滑动密封。

5.根据权利要求4所述的阀，其中在所述第二位置，所述杆的端部位于所述上密封件和所述下密封件之间，使得流体能够绕所述杆经过所述下密封件，并进入所述通孔。

6.根据前述权利要求中任一项所述的阀，其中所述阀元件响应于由所述入口和所述出口处的方向相反的压力产生的净力而可移动至第三位置，其中所述入口和所述出口不流体连通。

7.根据权利要求6所述的阀，其中所述阀元件可移动至第四位置，以允许流体从所述出口流至所述入口。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的阀，其中所述阀元件仅响应于所述入口和所述出口处的相反的流体压力而在所述第一位置和所述第二位置之间可移动，且不存在偏压元件或控制元件来在所述第一位置和所述第二位置之间移动所述阀元件。

9.一种分配器，包括容器以及从所述容器释放在压力下的液体的喷嘴，该分配器进一步包括向所述容器供给在压力下的流体的压力源，该压力源和所述容器通过根据前述权利要求中任一项所述的阀连接。

10.根据权利要求9所述的分配器，其中所述压力源可释放地连接至所述容器。

11.根据权利要求10所述的分配器，其中所述压力源包括所述阀和一压力瓶。

12.根据权利要求11所述的分配器，其中所述阀是根据权利要求6所述的阀，并且其中所述容器具有一连接部，以接合所述压力源，该连接部具有一推杆，以在一压力源与所述容器接合时，将所述阀元件从所述第三位置推至所述第二位置。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的分配器，其中所述喷嘴可连接至一延伸进入所述容器的管，以允许从所述容器分配液体。

14.根据权利要求9至12中任一项所述的分配器，其中所述液体以喷雾状物、射流或泡沫中的一种的形式分配。

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