CN103807453A - 蓄压器容器的关闭阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于介质蓄压器容器的关闭阀，阀壳体具有包括了入口开口和面对蓄压器容器的出口开口的阀腔室，可移动活塞，以及至少一个弹簧，活塞具有至少一个轴向连接通道且由阀腔室中设置的至少两个密封件以可轴向移动的方式引导，其中活塞的第一有效活塞表面、其面对着阀腔室入口区域，第一活塞表面与密封主体形成阀座，且通过改变阀腔室的蓄积区域中的压力，蓄积区域相邻于第二有效活塞表面，活塞可轴向移动，且设置在入口开口和出口开口之间的通道开口可逆地闭合及打开，在未受压状态下，通道开口借助弹簧保持打开。车辆蓄压系统，包括至少一个蓄压器容器，以及至少一个关闭阀，该关闭阀可操作性地连接到容器。

Description

蓄压器容器的关闭阀
技术领域
本发明涉及用于介质蓄压器容器的关闭阀，以及车辆的蓄压系统。
背景技术
比如，在汽车油箱或者油箱系统的入口区域中，可以使用这个类型的关闭阀，其可以为单独阀形式或者阀组合，从而防止装载有燃料的蓄压器容器在补充或者加油操作期间出现溢出。
用于介质蓄压器容器的关闭阀，其中阀壳体具有包括了入口开口和面对蓄压器容器的出口开口的阀腔室，可移动活塞，以及至少一个弹簧，这在US3709241中得知。在这种阀的情况下，活塞在阀主体的孔中被引导，从而限定了油箱中的加油压力。该活塞具有弹性密封元件，且通过弹簧压抵在受限的入口开口中。阀主体的孔和活塞之间具有空隙，气体可穿过该空隙从阀出口区域进入到活塞后面的孔区域中，且因而出口区域中的压力在活塞上施加轴向阻力，并因而在入口开口闭合之时支撑弹簧。因而避免气体从出口区域回流到入口开口，且同时避免加油压力超过预定值。
此外，已知蓄压器容器或者蓄压系统中的加油压力可通过测量压力以及电子阀电子控制来控制及限制。
在所述应用中，需要使得蓄压器容器或者蓄压系统的允许操作压力在加油操作期间可靠地保持住，因而最大保证操作的安全性。加油操作旨在能够尽可能快地进行，且具有很低的能量损失。阀部件的磨损需要保持到较低，且要防止蓄压器容器和压力管线的损坏。
本发明的目的，在于在这个方面改进上述类型的关闭阀，特别地指定一种关闭阀，其永久地配置在蓄压器容器中，并且在不具有电动和电子元件的情况下运行。
此外，本发明的目的在于使改良的蓄压系统具有增加的操作可靠性变为可能。
发明内容
本发明的目的通过用于介质蓄压器容器的关闭阀实现，其中阀壳体具有阀腔室，该腔室具有入口开口以及面对着蓄压器容器的出口开口，可移动活塞，至少一个弹簧，其中活塞具有至少一个轴向连接通道并以通过设置在腔室中的至少两个密封元件以轴向移动方式被导向，其中活塞的第一有效活塞表面、其面对着阀腔室的入口区域，与密封主体或者阀壳体形成了阀座，且其中，通过改变阀腔室的蓄积区域中的压力，所述蓄积区域相邻于第二有效活塞表面，该活塞可轴向地移动，且设置在入口开口和开口之间的通道开口可逆地关闭和打开，其中，在不受压的状态中，通道开口通过弹簧保持打开。
该结果仅仅是由于可调整的弹簧弹力机械关闭阀，仅仅在某压力下关闭通道开口，且在入口开口中压力进一步增加或者压力减少到负压的情况下都不会打开，因而能保持闭合。介质在蓄压系统中的一个或多个其他位置排出。
所述机械式关闭阀的发明优势在于，连接到下游的蓄压系统仅仅达到所需压力，且关闭阀仍然保持紧紧地关闭，与关闭阀压力上游无关且不需要电子驱动器，因而连接到下游的蓄压系统中的压力得以可靠地保持，且由于随后介质的流入不会引起压力的进一步增加。这个阀设计的进一步优点在于，事实上，尽管活塞和密封主体之间的密封座存在泄漏，连接到下游的蓄压系统可出现压力不需要的增加，活塞与密封主体之间的接触压力阻力随着出口侧压力的增加而增加，且因而再次减少了泄漏。
特别有利的地方在于，在不受压的状态下，通道开口借助弹簧压力而保持打开。介质因而可以顺畅地流入蓄压器容器，直到补充操作的最终阶段，且阀腔室的区域中有害的震动得以避免。
根据本发明的关闭阀特别适用于不同介质，比如氢、甲烷、天然气或者氢与天然气的混合。借助适宜的修正，使用液态气体(LPG)和其他液体介质也是可以的。
本发明的目的还可通过车辆蓄压系统完成，该系统包括至少一个蓄压器容器，以及至少一个关闭阀，该关闭阀可操作性地连接到容器。
通过使用根据本发明的关闭阀，通过其自身以及与电子阀的组合，具有不同允许操作压力的多个蓄压器容器可以这样的方式连接：那些具有比普通或者整个系统所提供的(更高)加油压力的更低的允许操作压力的蓄压器容器在上游连接有关闭阀，该关闭阀分别与蓄压器容器的各允许操作压力配合，从而保护蓄压器容器避免出现过度补充。
在加油期间这用于增加避免过度加油的可靠性，以及使得可以使用具有较低允许压力水平的更为经济有效的蓄压器容器。然而，因而因为额外系统和更高的压力水平，也可以以经济有效的方式使得现有系统大大增加现有蓄压系统的存储容量。
本发明的发展在独立权利要求、说明书和附图中规定。
第一有效活塞表面和密封主体或者阀壳体优选地以这样的方式设计，在活塞的关闭位置，密封作用发生在第一有效活塞表面的外边界区域中的密封边缘处起作用。
外边缘在此意味着从活塞的轴向观察设置在外边缘的周向。活塞的外边缘可斜的或全圆的，例如在第一有效活塞表面的区域。第一有效活塞表面还可以在外边缘上具有一个上升的凸缘，以定位这个区域的有效密封。
通过这个装置，当关闭压力超标，或者压力高于关闭压力之时，阻力不再在相反于活塞关闭方向上施加到活塞。根据本发明的关闭压力和关闭阀的关闭行动因而独立于入口开口的压力。此外，当阀关闭之时，轴向阻力因为入口开口中的压力而不会施加到活塞上，即便是入口开口中的压力升高，且关闭阀即便是在极端压力出现的情况下都保持紧紧关闭。
由于关闭阻力继而继续基本上仅仅通过有效活塞表面上阀腔室蓄积区域中的压力减去弹簧弹力而确定，即便是入口开口处的压力下降到活塞在之前已经关闭的关闭压力之时，也能够保证关闭阀保持关闭。
由于入口开口优选地在有效活塞表面外侧径向地向阀腔室的入口区域打开的事实，有利地保证了轴向阻力不会通过入口开口中的压力而施加到活塞上。
第二有效活塞表面优选地比第一有效活塞表面要大。相对较大的第二有效活塞表面使得可能实现关闭阀的关闭压力达到更小值。
活塞特别优选地为圆柱形，且其外侧在至少两个区域中具有滑动表面，这些区域优选地具有不同的直径。
至少两个密封元件特别优选地设置在阀腔室的对应间隙内。最经济有效的可选方式可以为在活塞的每个槽中容纳密封元件。设置在活塞上的槽中的密封元件在高压下(200到1000bar)被证明是具有问题的。取决于压力，可变的阻力施加到活塞上，并因而影响了关闭阀的关闭压力。借由阀壳体中间隙或者槽中优选的密封设置，特别地在阀腔室的柱形界面上。由此，活塞不承受因为介质压力而造成的可变的力作用，且关闭阀可靠地保持关闭。
密封主体和/或活塞优选地由弹性可变形材料制造。通过适于非常高压力(200-1000bar)的材料的选择，密封效果得以优化，且阀座上的磨损得以避免。特别适宜的材料包括塑料、比如PEEK和PAS，或者陶瓷材料，比如氧化铝和碳化硅，但也包括特殊钢和其他金属。关闭阀不必须具有分离的密封主体。对于活塞来说也可以直接抵住阀壳体而密封。材料的优选组合对于本领域技术人员来说是熟知的。
阀腔室的释放区域，该释放区域设置在入口区域和阀腔室的蓄积区域之间，具有优选地位于至少两个密封元件之间的释放开口。结果，密封元件之一上因为泄漏出现而流出的介质不能使得阀腔室每一情况下的其他区域中的压力增加。此外，释放区域保证了当活塞移动之时压力均衡，因而使得活塞可以快速运动，因而缩短关闭阀的作用时间。
根据本发明特别优选的实施方式，释放开口连接到管线，用以处理流出的介质。藉此，流出的(可燃)介质从关闭阀附近立即传输走，并进一步在适宜位置在低压下进行处理，而不会危及车辆乘客。
在优选的实施方式中，关闭阀的关闭压力基本上通过弹簧施加的弹力以及有效活塞表面确定。弹簧的弹力大小以这样的方式与有效活塞表面配合：当蓄积区域中压力升高，压力关闭阀可靠地关闭，并在已经超过预定关闭压力之后依然保持关闭。密封元件上的摩擦力对于弹力的大小也很重要。
在一个实施方式中，弹簧的弹力可通过盖体拧入的深度来调整。藉此，比如在组装期间，弹力的容差和/或活塞和密封元件之间的摩擦力差，比如，因为制造容差引起，可得到补偿。
在压力关闭阀进一步的实施方式中，阀壳体的盖子上设置有垫片，而对应的凹穴也设置在活塞的第二有效活塞表面上。这使得活塞的第二有效活塞表面可以取得良好的压力分布。也可通过在第二有效活塞表面上通过压力阻力的额外作用而加速关闭活塞，所述压力阻力仅在活塞从开始位置移走的时候起作用。这个实施方式加速了活塞的关闭，即便是在有效活塞表面之间存在非常小的压力差之时。
如果阀壳体至少部分地在端部突起也是有利的，该端部具有打开进入蓄压器容器中开口的出口开口，因而固定地连接到蓄压器容器。在这个实施方式中，关闭阀以节省空间的方式设置在蓄压器容器内部并保护其不受阻力的机械作用影响。作为其变形出口开口可以通过压力管线永久地固定到蓄压器容器。关闭阀的安装位置，比如在油箱口处，因而大大独立于蓄压器容器的安装位置。
在根据本发明压力关闭阀的进一步实施方式中，出口开口设置为可通过阀容纳挡块或者蓄积阀块与蓄压器容器连接，蓄积阀块具有至少一个额外的阀。蓄积阀块在现有技术中是已知的，且为结构单元，它们在紧凑的壳体中结合了多种阀功能，且固定地连接到蓄压器容器的开口中。关闭阀的关闭功能，用于保护过度加油，因而可以标准化和节省空间的方式通过进一步功能而扩展。
在压力关闭阀的进一步优选方式中，压力控制阀，其开口压力位于压力关闭阀的关闭压力之上，被设置在阀腔室的蓄积区域和释放区域之间。这增加了蓄压系统的操作可靠性。由于关闭阀保持关闭，不使得这种类型的压力控制阀对介质过度加热，比如由火引起，并使得蓄压器容器中压力的增加均匀分布在蓄压器容器中。关闭阀和压力控制阀在共用壳体中的组合是特别优选的。
在本发明中，车辆的设计包括，比如，机动车、轨道车辆、以及船只和飞机。
附图说明
参考附图，通过下方的示例对本发明进行说明。
图1是根据本发明的关闭阀实施方式的截面图。
图2为用于根据本发明关闭阀的活塞的实施方式的截面图。
图3为用于车辆的油箱装置的示意图，具有关闭阀和蓄压器容器。
图4为在分配压力为700bar的加油站点处对汽车补充的装置的示意图，其包括了具有不同允许操作压力的两个压力容器的蓄压系统。
图5为在分配压力为700bar的加油站点处对汽车补充的其他装置的示意图，其包括了具有不同允许操作压力的两个压力容器的蓄压系统。
具体实施方式
在图1所示示意性实施方式中，关闭阀根据本发明通过阀容纳挡块27设置在蓄压器容器S中的开口中。活塞22安装在阀壳体20中，该活塞具有两个具有不同外直径D2和D3的部分，以及连接通道14，其被设计为中空孔，并具有内直径D1。活塞22在过渡为较大外直径D3的地方借助支撑件A3，通过阀壳体20上的弹簧23支撑，结果活塞22保持与盖体24接触，且通道开口13因而在未受压安装的状况下保持在打开位置。
活塞22在具有不同外直径D2和D3的两个部分中通过密封元件41和42以这样的方式密封，所述密封件之间的弹簧23的空间可以透过通风开口12自由通气到大气压力中。密封元件41，42可以安装在活塞22中，或者，如图所示，安装在阀壳体20中。密封件43从阀壳体20上隔离可调节盖体24。
在加油操作期间，比如蓄压器容器设置在出口开口11处，介质可经由通道开口13流经阀腔室的入口区域17中的入口开口10，并穿过连接通道14进入到阀腔室的蓄积区域19中，且因此而穿过出口开口11进入到接下来的蓄压器容器S中。如果整个蓄压系统中的压力升到这样的程度，因为由于有效活塞表面A2和A1上的压力会形成力比，活塞22克服了弹簧23的弹力，活塞22推抵密封主体21。关闭阀关闭。这个压力对应于关闭压力。
为了获得不对活塞施加进一步压力的结果，因而如果活塞相对于密封主体21在外直径D2上密封，这是有利的。入口区域17中压力升高的情况下，因为压力增加不再作用于第一有效活塞表面A1上，关闭阀继续保持关闭。由于关闭阻力通过有效活塞表面A2上的出口开口11中的压力减去弹簧23的弹力确定，如果入口开口10中的压力降落到活塞关闭的压力之下，无论如何阀会保持关闭，且这个状态不会改变。因而能够在入口侧10上施加负压，而不会引起阀打开。弹簧23的弹力进一步地可通过盖子24的拧入深度进行调整。
为了在第二有效活塞表面A2上获得良好的压力分布，需在盖体24上设置垫片25或者在活塞上设置相应的凹穴。
图2示出了根据本发明中关闭阀的活塞22的详细示例。在所示实施方式中，总体长度为L1的柱形活塞具有两个具有不同外直径D2和D3的部分。第一活塞部分具有垂直于活塞22轴线形成的第一有效活塞表面A1，在活塞边缘上形成为倒角的密封边缘39，以及具有长度L3和外直径D2的第一滑动表面38。第二活塞部分具有第二有效活塞表面A2，弹簧23的支撑件A3，以及具有长度L3和外直径D2的第二滑动表面37。连接通道14被设计为活塞22整个长度L1上的轴向孔，且其具有内直径D1。连接通道14连接上述两个有效活塞表面A1和A2，且对应于阀壳体20的实施方式以及关闭阀的操作状态，介质流经所述连接通道。
图3示出了安装在机动车辆主体60中新型油箱口单元110中的关闭阀SV(关闭压力350bar)。油箱口65(根据现有技术)的机械尺寸(长度、直径)限定为加油站点燃料喷嘴可连接到该油箱口65。这使限定可补充的介质(此处为燃料)是可能的。最大可应用压力为最大燃料分配压力，适用于加油站点的特殊介质。加油操作期间，介质流经过滤器29，止回阀28，流入关闭阀SV的轴向设置的入口开口10中，该关闭阀被配置为具有350bar的关闭压力。从关闭阀SV的出口开口11，介质继而以350bar的最大压力，穿过压力管线66和第一蓄积阀块50(其可以具有额外的安全阀和/或用于撤出介质的调压器)，流入具有允许操作压力为350bar的蓄压器容器S中。通过使得关闭阀SV的关闭压力(350bar)与蓄压器容器S的允许操作压力相配，并通过在机动车辆中部件的固定连接，不管加油站点燃料分配压力多大，安全加油都得到保证。除了在第一蓄积阀块50排除，介质也可以在蓄压系统中的另一个排出位置155排出。
图4通过示例显示了具有关闭阀SV蓄压系统，在此应用中两个蓄压器容器S平行设置的应用中，以及关闭阀SV定位在第二蓄积阀块50a上游。油箱口单元70(对应于现有技术)安装在汽车主体60中，并具有油箱口65。加油操作期间，介质流动通过过滤器29以及止回阀28，流入到分支压力管线66中。压力管线66的一个分支经由具有安装的安全阀28的第一蓄积阀块50，通入具有700bar允许加油压力的蓄压器容器S中。为了移除介质，第一蓄积阀块50具有调压器。另一个分支通入关闭阀SV的在此为径向设置的入口开口中，该关闭阀SV被配置为具有200bar的关闭压力。然后介质以200bar的最大压力经由同样具有用于排出介质的调压器的蓄积阀块50a，从关闭阀SV的出口开口11，流入第二蓄压器容器S，该容器被配置为具有200bar的允许加油压力。通过使得关闭阀SV的关闭压力(200bar)与第二蓄压器容器S的允许操作压力相配，并通过在机动车辆中部件的固定连接，不管加油站点燃料分配压力多大，安全加油都得到保证。此外，尽管允许压力处于不同水平，介质可因此单独并同时从两个蓄压器容器S中的每一个，导出至用户使用位置。
图5通过示例显示了蓄压系统，在具有不同允许操作压力的两个蓄压器容器S平行设置的应用中，蓄压系统包括关闭阀SV与电子驱动阀的组合。
油箱连接单元70(对应于现有技术)安装在机动车辆的主体60中，并具有油箱口65。加油操作期间，介质流经过滤器29和止回阀28，流入分支压力管线66中。
压力管线66的一个分支经由安装有安全阀和止回阀28的第一蓄积阀块53引导通入具有700bar允许压力的蓄压器容器S中。为了移除介质，第一蓄积阀块53额外地具有可移除管线，可移除管线通入调压器52。
另一个分支通入入口开口10，此处该开口径向地设置在关闭阀SV中，该关闭阀SV被配置为具有350bar的关闭压力，且直接通过其出口开口11连接到具有350bar允许加油压力的第二蓄压器容器S。图5中示出的关闭阀还具有在密封主体的区域中，连接到电子驱动安全阀51的开口。此处的电子驱动安全阀51是电磁阀，可以电力地打开和关闭。调压器52连接到电子驱动安全阀51的下游。来自第一蓄压器容器S的连接管线开入电子驱动安全阀51和调压器52之间的连接管线。所述第一连接管线具有压力传感器P。一旦连接管线中的压力下降到低于关闭阀SV的关闭压力，电子驱动安全阀51使得介质可以从具有350bar允许加油压力的第二蓄压器容器S中排出。
根据本发明的关闭阀的其他可选方式，未在附图中示出，提供了图1所示实施方式的变形。出口开口11，在图1中，设置在盖子24中的出口开口11，被放入阀壳体20中，密封主体21之下，与活塞22的运动轴对齐。盖子24继而紧紧地关闭阀腔室，不包括出口开口。通过密封主体21中的轴向孔，该轴向孔与阀壳体20中的新出口开口对齐，当阀座打开之时，介质流动经通道开口13以及密封主体21中轴向孔，并流经与活塞22的移动轴对齐的新出口开口，流入固定地连接到所述出口开口的蓄压器容器S中。同样与活塞22的运动轴对齐的连接通道14使得介质与第二有效活塞表面A2能够气力或液压连通，并当达到预定关闭压力之时关闭所述关闭阀。根据本发明的关闭阀的这种可选方式可以特别节省空间的方式构建。
本发明所有的实施方式中，使用了密封主体21，出于安全原因，密封主体21必须与阀壳体20隔离，这样不会形成额外的阻力，并作用到密封主体的密封边缘上。
所有的压力值通过示例方式表示出，且不以任意方式限制本发明以及本发明中限定的压力范围。
附图标记列表
10          入口开口
11          出口开口
12          释放开口
13          通道开口
14          连接通道
15，15a     可移除通道
16          通道
17          阀腔室，入口区域
18          阀腔室，释放区域
19          阀腔室，蓄积区域
20          阀壳体
21          密封主体
22          活塞
23          弹簧
24          盖子
25          垫片
26          阀壳体
27          阀容纳挡块
28          止回阀
29          过滤器
31          调整弹簧
32          弹簧固定螺钉
33，34      闭合元件
35          夹紧螺钉
36          压力控制阀
37，38      滑动表面
39          密封边缘
41，42，43  密封元件
50，50a     具有调压器的第一和第二蓄积阀块
51          电子安全阀
52          调压器
53          具有安全阀的蓄积阀块
55          通向用户的压力管线
60          车辆主体
65          油箱口(现有技术)
66，67      压力管线
70          油箱口单元(现有技术)
110         所安装的新型油箱口单元
155         排出位置
A1，A2      第一和第二有效活塞表面
A3          支撑件
D1，D4      内直径，连接通道
D2，D3      外直径，活塞段
L1          活塞的总长
L2，L3      活塞段的长度
P           压力传感器
S           蓄压器容器
SV          关闭阀

Claims (15)

1.一种用于介质蓄压器容器(S)的关闭阀，其中阀壳体(20)具有包括了入口开口(10)和面对蓄压器容器(S)的出口开口(11)的阀腔室、可移动活塞(22)、以及至少一个弹簧(23)，特征在于活塞(22)具有至少一个轴向连接通道(14)且由阀腔室中设置的至少两个密封件(41，42)以可轴向移动的方式引导，其中活塞(22)的第一有效活塞表面(A1)、面对着阀腔室入口区域(17)的所述第一活塞表面以及密封主体(21)或者阀壳体(20)形成阀座，且其中，通过改变阀腔室的蓄积区域(19)中的压力，所述蓄积区域相邻于第二有效活塞表面(A2)，活塞(22)可轴向移动，且设置在入口开口(10)和出口开口(11)之间的通道开口(13)可逆地闭合及打开，其中，在未受压状态下，通道开口(13)借助弹簧(23)保持打开。
2.根据权利要求1的关闭阀，其特征在于第一有效活塞表面(A1)和密封主体(21)以这样的方式设置：在活塞(22)的关闭位置，密封效果在第一有效活塞表面(A1)的外边界区域中发生在密封边缘(39)上。
3.根据权利要求1的关闭阀，其特征在于入口开口(10)在有效活塞表面(A1)外侧径向地打开进入到阀腔室的入口区域(17)中。
4.根据权利要求1的关闭阀，其特征在于第二有效活塞表面(A2)大于第一有效活塞表面(A1)。
5.根据权利要求1的关闭阀，其特征在于至少两个密封元件(41，42)对应于阀壳体(20)中凹穴而设置。
6.根据权利要求1的关闭阀，其特征在于密封主体(21)和/或活塞(22)由弹性可变形材料制成。
7.根据权利要求1的关闭阀，其特征在于至少两个密封元件(41，42)之间的阀腔室的释放区域(18)具有释放开口(12)。
8.根据权利要求6的关闭阀，其特征在于释放开口(12)连接到用以处理流出的介质的管线。
9.根据权利要求1的关闭阀，其特征在于关闭阀的关闭压力基本上由弹簧(23)的弹力以及有效活塞表面(A1，A2)确定。
10.根据权利要求1的关闭阀，其特征在于弹簧(23)的弹力可通过盖子(24)旋入的深度来调整。
11.根据权利要求1的关闭阀，其特征在于垫片(25)设置在盖子(24)上，或者对应的凹穴设置在活塞(22)的第二有效活塞表面(A2)上。
12.根据权利要求1的关闭阀，其特征在于阀壳体(20)在其具有出口开口(11)的端部处至少部分地突入蓄压器容器(S)的开口中，并永久地连接到蓄压器容器(S)。
13.根据权利要求1的关闭阀，其特征在于出口开口(11)通过阀容纳挡块(27)或者通过具有至少一个额外阀的蓄积阀块(50)连接到蓄压器容器(S)。
14.根据权利要求1的关闭阀，其特征在于压力控制阀(36)被设置在出口区域(19)和释放区域(18)之间，其中，所述压力控制阀(36)的开口压力高于压力关闭阀的关闭压力。
15.车辆的蓄压系统，包括根据权利要求1的至少一个蓄压器容器(S)以及至少一个关闭阀，该关闭阀可操作性地连接到容器。
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