CN104838198A - 用于气瓶密封的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种用于压缩气瓶的帽和垫圈，该帽和垫圈设置成与气瓶一起操作，该气瓶具有颈部，颈部具有围绕气体出口的顶表面和从该顶表面向下延伸的侧表面。帽可以限定内部空间以容置垫圈并可以附接至气瓶的颈部。当随着刺穿元件进入内部空间以接触气体出口而产生密封时，帽可以限制垫圈的运动并限定其中垫圈能够变形的容积。

Description

用于气瓶密封的方法和设备

技术领域

本公开涉及一种与压缩气体罐、瓶或容器一起使用的垫圈或密封构件。

背景技术

压缩气体瓶、罐或其他容器(本文中称为瓶)与使用由瓶供给的气体的气体输送机构的联接通常涉及O形环或其他密封元件。这样的密封元件用于帮助防止气体泄漏，并且例如在美国专利4,694,850中描述了这样的密封元件。

发明内容

许多市售压缩气瓶必然具有高的压力和相对较低的容积，并且因而在将瓶连接至气体输送机构的过程中或者在这种连接之后的气体的任何损失是不期望的。本文中所描述的本发明的一个或更多个实施方式提供了瓶与气体输送机构之间的改进的密封。该密封可操作为在瓶被打开(例如，经由刺穿元件)时防止气体的初始损失以及/或者提供在长时段内——例如在气体输送机构的存储期间的几天、几周或几个月内——阻止气体损失的持久密封。同样，由于垫圈可以安装在瓶上或以其他方式联接至瓶而非气体输送机构，因此每次在安装新的瓶时均可以提供新的垫圈，因而消除了因反复使用的任何可能的磨损。

根据本发明的一个方面，提供了与气瓶一起使用的气瓶密封装置，气瓶具有颈部，颈部包括侧表面、顶表面以及气体出口。可以提供设置成刺穿气体出口的刺穿元件，并且密封装置可以包括帽，该帽具有设置成与气瓶的颈部接合的下部和限定了内部空间和上开口以接纳刺穿元件的上部。因而，帽可以限定为在上端和下端处具有开口的倒置的杯形元件。垫圈可以定尺寸成配合在由帽的上部限定的内部空间中，并且垫圈具有设置成与被接纳于帽的上开口中的刺穿元件形成密封的上表面以及设置成与瓶的顶表面形成密封的下表面。因此，帽可以用于在帽与瓶接合并且垫圈位于内部空间中时将垫圈保持在瓶上。这可以提供一种确保合适的垫圈提供给正确的瓶以及确保不丢失垫圈的便利的方法。而且，帽可以设置成径向地容纳垫圈，使得垫圈的响应于与朝向垫圈和气体出口移动的刺穿元件形成密封的径向膨胀或其他运动被限制而使垫圈变形。如下文更多地描述的，垫圈的径向限制和随后在其他方向上由此产生的变形从而可以提供由垫圈与刺穿元件和/或瓶形成的改善的密封的益处。

在一个实施方式中，在垫圈位于内部空间中并处于未变形状态的情况下，在内部空间的上径向外部(和/或内部)区域和下径向外部(和/或内部)区域处可以存在有空隙。而且，垫圈可以设置成响应于与刺穿元件和瓶的顶表面形成密封而至少部分地填充上空隙区域和下空隙区域。也就是说，通过与刺穿元件接合引起的垫圈的变形以及垫圈通过帽的径向限制可以使垫圈变形以至少部分地填充帽的内部空间中的空隙区域。空隙区域的至少部分填充可以进一步限制垫圈，从而使垫圈在其他区域中变形，从而有助于确保形成适当的密封。因此，空隙区域可以设置成接纳垫圈的变形部分，阻止垫圈进一步变形，并且指引或以其他方式影响额外的垫圈变形以增强所形成的密封。

在一个实施方式中，帽的上部可以包括侧壁和上壁，上壁具有从侧壁径向向内延伸的环形形状。该环形形状的上壁可以具有垫圈状的形状并包括限定了上开口的径向内部部分，因而，从帽的侧壁向内延伸的帽的上部可以至少部分地覆盖垫圈的上表面，例如以帮助垫圈保持就位。垫圈可以设置成具有垫圈的上表面的位于上壁的径向内部部分的径向向内位置(即，由上壁形成的开口的径向内侧)处的最上部。因而，例如，垫圈的上表面的最上部可以延伸到上开口中，例如以帮助确保垫圈与进入到上开口中的刺穿元件的适当的接触。在一个实施方式中，由帽限定的内部空间可以具有圆柱形形状，并且垫圈可以具有环面形状，例如，O形环形状，并且垫圈可以变形成更紧密地接近由帽限定的圆柱形形状。

刺穿元件可以以各种不同的方式进行设置，包括使表面修改成与特定的垫圈构型配合。例如，刺穿元件可以包括设置成刺穿气瓶的气体出口的枪部以及设置成与垫圈的上表面接触并形成密封的垫圈接触表面。在一个实施方式中，垫圈接触表面包括围绕圆锥形或圆柱形表面的水平环形表面，并且这两个表面均可以设置成接触垫圈的上表面并将垫圈朝向瓶的顶表面迫压。刺穿元件可以至少部分地延伸到帽的内部空间中并可以帮助限定其中限制垫圈的空间。例如，在刺穿元件引入到帽的上开口中的情况下，刺穿元件和帽可以将内部空间限定成具有与垫圈的形状和体积不同的形状和容积。因此，刺穿元件与垫圈的接触可以使垫圈改变形状，并使垫圈与由帽和刺穿元件限定的内部空间的形状至少部分地相符合。刺穿元件可以具有与垫圈接触表面相邻的外表面，该外表面定尺寸并定形成紧密配合在帽的上开口内，例如以帮助确保垫圈适当地受限于帽的内部空间。在一个实施方式中，帽中的上开口能够操作成接合刺穿元件并防止帽(和相关联的瓶)相对于刺穿元件的旋转。然而，在其他结构中，可以允许或促使瓶和帽相对于刺穿元件的旋转。

帽和垫圈可以附接至气瓶，并且可以设置有气瓶，例如使得所组装的帽、垫圈和瓶作为单个单元购买并使用。帽在帽的侧壁中可以包括一个或更多个通气孔，例如以在由垫圈形成的密封失效的情况下允许高压气体的排出。帽可包括相对于瓶对帽的下部适当地定位的止动件。这可以帮助限定由帽的上部和瓶的顶表面定界的内部空间的容积，并且可以使帽与瓶进行更容易地组装。也就是说，在内部空间的容积应精密地控制成帮助确保适当地限制垫圈的实施方式中，用于将帽定位在瓶上并适当地限定内部空间的止动件可以允许操作者将帽拧在瓶上或以其他方式放置在瓶上，直到止动件接触瓶为止。

在本发明的另一方面中，一种用于建立与气瓶的密封的方法包括下述步骤：提供气瓶和密封装置，气瓶具有颈部，该颈部具有侧表面和包括气体出口的顶表面，密封装置包括帽和垫圈，帽具有与气瓶的颈部接合的下部以及限定了内部空间并具有上开口的上部，垫圈可以位于由帽的上部限定的内部空间中。可以将帽引入到气体输送装置的接纳开口中，并且可以使刺穿元件在帽的上开口中移动。可以使刺穿元件相对于气体出口移动，使得刺穿元件打开气体出口以从气瓶中释放气体，并且可以通过将瓶和刺穿元件朝向彼此移动而在刺穿元件与垫圈以及在瓶的顶表面与垫圈之间形成密封。

在一个实施方式中，形成密封包括使垫圈变形以至少部分地填充由帽限定的内部空间中的空隙。例如，当垫圈在接触刺穿元件的情况下发生变形时，垫圈可以被帽径向地限制。由于由瓶释放的气体的泄露可以被防止或以其他方式被阻止，因此在刺穿元件打开气体出口之前在垫圈与刺穿元件和顶表面之间形成密封会是特别理想的。

本发明的这些以及其他方面通过以下描述和权利要求将变得明显。

附图说明

下面参照以下附图对本发明的方面进行描述，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：

图1示出了示例性实施方式中的气瓶和帽/垫圈结构的分解视图；

图2示出了图1的处于组装状态的实施方式的截面图；以及

图3示出了图2的截面图，其中，刺穿元件由帽的上开口接纳。

具体实施方式

参照用于与气瓶的颈部的至少一部分相互作用例如以在刺穿元件与瓶的颈部的顶表面之间提供密封的帽和垫圈结构的实施方式来对本发明的各个方面进行描述。一些实施方式能够提供下述密封：允许瓶的颈部相对于气体输送装置的接纳开口轴向和/或旋转运动的同时仍然保持气密密封以防止或以其他方式阻止压缩气体的不希望的释放。保持密封同时允许瓶的颈部相对于接纳开口的轴向平移在一些应用中可能是重要的，例如，以允许瓶的颈部根据需要逆着刺穿元件前进以打开瓶的气体出口而同时阻止气体泄露。因此，在使用刺穿的情况下，在瓶刺穿过程期间可以阻止气体泄漏。瓶相对于接纳开口的旋转运动可以允许形成改进的密封，例如，由于垫圈的原因，瓶和瓶接纳开口表面相对于彼此擦拭。应当理解的是，本发明的各个方面可以单独使用和/或以任何适当的方式与彼此组合使用，并且因而各个实施方式不应该被解释为要求特征的任何特定组合。相反，所描述的实施方式的一个或更多个特征可以与其他实施方式的任何其他适当的特征组合。

如上所述，本发明的方面涉及与气瓶一起使用的帽和垫圈，例如，设置成与瓶的颈部接合并在瓶与瓶接纳器之间提供密封的帽和垫圈。图1为示例性实施方式中的压缩气瓶100、帽2和垫圈3的立体图。如将要理解的，设置成与气瓶的颈部一起操作的帽或垫圈的尺寸、形状、材料和/或其他特征将至少部分地取决于要与帽和垫圈一起使用的气瓶的形状、尺寸和构型等。在文中所述的实施方式中，气瓶100具有大致圆筒形的颈部110，即，颈部110具有围绕气体出口120的大致平的或斜切的顶表面112以及从顶表面112向下延伸的圆筒形侧表面111。然而，本发明的方面可以与诸如具有螺纹形或截头圆锥形侧表面111的颈部、具有圆形或尖形顶表面112的颈部之类的其他气瓶的颈部结构等一起使用。

而且尽管绘出的瓶100相对较小并设计成可容易携带且是一次性的(例如，具有约3.5英寸的总长度和约1英寸的直径)，但是本发明的方面可以与更大或更小的和/或不同形状的气体存储容器一起使用。因而，如文中所使用的术语气瓶总体上指的是设置成在压力下储存以及释放气体的容器。而且，在本实施方式中，颈部110具有约0.375英寸的直径和约0.5英寸的长度，但是其他尺寸也是可能的。另外，尽管颈部110在本实施方式中以无螺纹的方式示出，但是颈部可以是带螺纹的、无螺纹的或具有例如用于与气瓶接纳器或其他联接元件联接的任何其他表面形状或特征(例如卡扣式联接)。在本实施方式中颈部110包括气体出口120，该气体出口120包括配合在颈部110的开口中的帽或塞子，该帽或塞子可以经由刺穿元件(例如锋利或钝的枪部(lance))刺穿而打开以将瓶中的气体穿过气体出口120释放。当然，用于气体出口120的其他结构也是可能的，例如可打开阀、螺纹帽或塞子等。例如，气体出口120可以包括Schrader式阀或者在瓶与气体输送系统的接合期间或之后在按压阀元件时允许气体释放的其他适当的装置。在这种情况下，出于引用的简单和方便起见，瓶接纳器的用于移动阀部件以打开阀的部分在文中被称为刺穿元件。而且，尽管文中的实施方式包括形成为单个部分的刺穿元件，该单个部分包括在气体出口120中形成孔的部件和限定密封表面以与垫圈3接合的部件，但是刺穿元件可由多个部分构成或以其他方式包括多个部分，例如诸如在气体出口120中形成孔的销之类的一个部件，以及例如诸如与垫圈3接合的围绕销的毂或套筒之类的一个或更多个其他部件，该销能够在毂或套筒的孔中移动以刺穿气体出口然后缩回。在这种情况下，仅毂或套筒可以与垫圈3形成密封，但是毂或套筒被认为是刺穿元件的一部分。当然，刺穿元件可以与瓶接纳器的其他部分形成单个整体部件，或者如所示的作为分开的部件。

帽和垫圈结构以及气瓶可以与使用由瓶供给的气体的气体输送系统一起使用以用于任何适当的目的。例如，已发现实施方式可以用于下述系统：如美国专利7,712,637中所描述的将惰性气体或最低活性气体引入酒瓶中以用于分配和贮藏酒的系统。然而，其他应用也是可能的，例如轮胎充气、碳酸饮料等。包含在瓶中的示例性压缩气体可以包括空气、氧气、二氧化碳、氩气、氖气、氦气、氮气及其混合物。这样的瓶的压强范围可以从约1000psi至约3500psi，然而具有图1中示出的尺寸和形状的大多数商业瓶的压强为2600psi或3000psi。

图1中示出的帽2和垫圈3设置成与瓶100的颈部110接合，从而为颈部110和气体输送系统(未示出)的瓶接纳器提供一个或更多个密封。密封可以是气密密封，例如，阻止沿着颈部110的表面或瓶接纳器的一部分的气体的不希望的泄漏或其他流动的密封。因而，气密密封不需要完全无泄漏，而是适当地阻止气体泄漏，从而被认为适用于使用由气瓶提供的气体。例如，密封可以适用于维持瓶中的适度的压力损失超过一个月或两个月，使得气体输送装置仍能够用于其预期目的。帽2可以包括允许气体从帽2的内部空间24穿过的通气孔26(例如，穿过侧壁23形成的孔)。该通气孔26可以用于由垫圈3形成的密封失效的情况，从而允许气体从内部空间24逸出。通气孔26可包括多个孔、狭槽或者其他通道并且可以定位在帽2上的任何适当的位置中。

在该示例性实施方式中，帽2设置成与瓶100的颈部110接合(例如，通过螺纹连接、粘合剂、螺纹连接和粘合剂的组合或其他方式)并将垫圈3大致保持就位以与瓶100和瓶接纳器的一部分——例如刺穿元件——形成密封。在本实施方式中，帽2具有由上部21和下部22限定的倒置的杯形形状。下部22在该示例性实施方式中包括限定了杯形或圆筒形内腔的圆筒形侧壁构件23和用于接纳瓶的颈部110的下开口27。内腔可以是锥形的、可以包括圆角、可以包括内螺纹或以其他方式设置成适当地接合瓶100的颈部110。帽2还设置成与瓶100的顶表面112一起限定内部空间24，在内部空间24中，垫圈3被接纳并由帽2保持。在本实施方式中，内部空间由帽2的侧壁23和上壁25限定，该上壁25具有环形形状并从侧壁23径向向内延伸。如可看到的，上壁25包括限定了帽的上开口28的径向内部部分，但不是必须设置该上壁25。相反，侧壁23自身可以限定上开口28。替代性地，上壁25可以以其他方式设置成例如包括多个指向内的阻碍物、突出部或其他特征以帮助将垫圈3保持在内部空间24中。作为另一示例，上壁25可以形成为截头圆锥形或半球形的壁元件，例如，使得帽2具有略尖的上表面。而且，由上壁25形成的外表面不是必须匹配上壁25的内表面的形状。例如，在帽具有尖的外部形状的情况下，由帽2限定的内部空间可以是圆柱形或不是必须与帽的外部形状匹配或对应的另一形状。

为了将帽2和垫圈3组装在瓶100上，垫圈3可以放置在颈部110上并且帽2放置在垫圈3和颈部110上以在帽2的下部22例如通过螺纹连接、粘合剂、摩擦配合等与颈部110接合的情况下像套筒或盖一样起作用。替代性地，垫圈3可以放置在帽2的内部空间24中，并且帽2随后与颈部110接合。在另一实施方式中，垫圈3可以与帽2共同模制，垫圈3可以粘附至帽2的一部分或以其他方式附接至帽2，使得帽2和垫圈3不容易分开。在又一实施方式中，帽2可以与颈部110接合，并且垫圈3随后插入穿过上开口28，或者插入穿过侧壁23中的槽或其他开口。无论如何，垫圈3可以定尺寸并设置成配合在由帽2的上部限定的内部空间24中。

图2示出了图1的处于组装状态的实施方式的截面图，并且图3示出了其中圆筒形接纳器10的被接纳入帽2的上开口28中的刺穿元件4的图2的视图。在本实施方式中，瓶接纳器10包括接纳开口101，该接纳开口101定形且定尺寸成接纳帽2并与垫圈3接合以形成密封，但其他结构也是可能的。帽2在本实施方式中示出为具有与颈部110上的螺纹接合以使帽2与瓶100接合的内螺纹，但其他结构也是可能的。而且，在本实施方式中，垫圈3具有O形环构型，例如，垫圈3具有环面形状，并且帽2限定具有圆柱形形状的内部空间24以容置垫圈3。如将要理解的是，特别地考虑到下文的论述，垫圈3的形状和内部空间24可以以其他方式设置，例如，内部空间24可以由弯曲的而非直的侧壁限定，垫圈3可以具有平的环状(垫片状)构型等。而且，帽2可包括诸如肩部、肋部、突部或其他特征之类的止动件(例如，在侧壁23的内表面上)，该止动件用于限制颈部110被接纳入帽的下部22中的程度。例如，在帽2具有内螺纹的情况下，螺纹可以终止在适于防止帽在颈部110上的螺旋超过某点的一点处。替代性地，肩部、脊部、肋部、突部或者其他特征可以形成在侧壁23的内部上以防止颈部被接纳入帽2中超过某点。该止动件可以帮助限定容置垫圈3的内部空间24的容积例如以在与瓶和/或刺穿元件形成密封时允许垫圈3的体积足以变形或以其他方式移动。

垫圈3包括上表面31和下表面32，该上表面31设置成与被接纳于帽2的上开口28中的刺穿元件4形成密封，该下表面32设置成与瓶的顶表面112形成密封。如图2中可见，垫圈3的上表面31的至少一部分可以被帽2覆盖，例如，上壁25可以覆盖垫圈3的上表面31的一部分。该特征可以提供不同的功能，例如帮助将垫圈3保持在内部空间24中、限定垫圈3的暴露的区域以用于与进入上开口28中的刺穿元件4接触，以及/或者影响垫圈3在形成一个或更多个密封时如何在内部空间24中移动。在一个实施方式中，垫圈可以具有上表面31的位于上壁25的限定了上开口28的径向内部部分的径向向内的最上部分(例如环面的上部分)。例如，垫圈3的上表面31的最上部分可以延伸到上开口28中并且可能延伸穿过上开口28，如图2中所示。这种结构可以帮助防止帽2在刺穿元件4接触垫圈3之前使垫圈3变形，并且替代地使垫圈3的变形在接触刺穿元件4而非与帽2接触的情况下开始。该特征还可以与刺穿元件4一起帮助建立早期密封，例如以帮助阻止瓶被刺穿时的气体泄露，并且帮助帽2相对于瓶100的顶表面112保持下轮廓或高度。而且，在该结构中，帽2的最上面的表面将大致与接纳开口101间隔开并避免与接纳开口101接触，例如避免与开口101围绕刺穿元件4的区域接触。这允许圆筒形顶表面112和垫圈3在不受帽2干涉的情况下朝向刺穿元件4适当地移动。

在本发明的另一方面中，帽可以设置成径向地容纳垫圈，使得垫圈的径向膨胀或其他运动响应于刺穿元件朝向垫圈和瓶的气体出口移动而被限制以形成密封。例如，当刺穿元件4被引入到帽2的上开口28中时，例如使得刺穿元件4的枪部部分41朝向气体出口120移动，刺穿元件4的垫圈接触表面43可以接触垫圈3的上表面31，并且将垫圈3朝向帽侧壁23迫压径向向外移动并朝向瓶100的顶表面112轴向向下移动。然而，帽2可以设置成径向地限制垫圈运动，例如使得垫圈3不能径向移动超过特定范围。这可以使垫圈3与刺穿元件4的垫圈接触表面43例如在气体出口120的刺穿期间保持接触并形成适当的密封。垫圈3的径向限制还可以使垫圈3变形，例如使得垫圈3从环面形状变成更紧密地与内部空间24的形状相匹配的形状，内部空间24的形状包括刺穿元件4在垫圈接触表面43处的形状。该变形可以帮助垫圈3与刺穿元件4和瓶100的顶表面112例如通过允许垫圈3与密封表面相符合来形成适当的密封。

在本发明的另一方面中，帽可以限定容置垫圈的内部空间以允许垫圈在接触刺穿元件的情况下变形或以其他方式移动，帽还限制了垫圈可以变形或以其他方式移动的程度。例如，帽可以限定内部空间以在垫圈位于内部空间中并处于未变形状态的情况下、在内部空间的上径向外部和/或内部区域与下径向外部和/或内部区域处具有空隙。在图2中，这些空隙可在瓶的顶表面112处的靠近帽侧壁23的区域处以及在上壁25处被观察到。空隙还可以在垫圈发生显著的变形之前、在靠近刺穿元件4的垫圈接触表面43的径向内部区域处存在。然而，如图3中可观察到的，垫圈和帽可以设置成使得在垫圈变形时，垫圈响应于与刺穿元件和瓶的顶表面形成密封而至少部分地填充空隙区域。垫圈可以填充内部空间24——包括刺穿元件的垫圈接触表面43处的空间——中的任何适当的空隙。例如，在本实施方式中，刺穿元件的垫圈接触表面包括围绕圆锥形或圆柱形表面43a的水平环状表面43b，这两个表面设置成接触垫圈的上表面31并将垫圈3朝向瓶的顶表面112迫压。例如由于垫圈3在变形之前在此区域中不具有与刺穿元件的形状相匹配的形状，因此首先在靠近与水平环形表面43b和圆锥形或圆柱形表面43a的接合处存在空隙。然而，在垫圈3变形时，垫圈3可以与垫圈接触表面43处的空隙相符合。尽管垫圈接触表面43在本实施方式中包括水平部分和竖向或成角度部分，但是接触表面43可以仅包括水平部分，或者仅包括竖向或成角度部分。

在本发明的另一方面中，帽和刺穿元件(其中，刺穿元件被引入到帽的上开口中)可以将内部空间限定成具有与变形之前的垫圈的形状和体积不同的形状和容积。例如，发明人已经发现将内部空间限定成具有比垫圈的恰好在垫圈首次变形到显著的程度时之前的体积大约大5％-20％(例如，约10％)的容积以在密封性能方面提供了显著的改进。(在一些实施方式中，容积差将取决于垫圈3的硬度或垫圈的变形能力的其他测量。更大的硬度测量可能需要内部空间与垫圈体积的更接近的相似性。)。显著的变形通常发生在刺穿元件将轴向变形力施加在垫圈上时(例如在水平接触表面43b移动垫圈的顶表面31时)，但是也可能发生在其他时候。在某些情况下，已经发现，将内部空间限定成容积小于比垫圈(如在垫圈首次开始发生显著的变形时所测量的)大约大5％的体积会严重地削弱垫圈与刺穿元件和/或瓶的顶表面形成密封的能力。类似地，在内部空间的容积太大的情况下，而允许垫圈过多地变形，从而防止形成适当的密封。而且，通过将内部空间的形状限定成(至少在刺穿元件和/或瓶的垫圈接触表面处)与垫圈的形状不同的形状，垫圈可以在垫圈接触表面处被迫变形以形成适当的密封。这种变形趋于加强所产生的密封。因此，刺穿元件与垫圈的接触在刺穿元件朝向瓶的气体出口移动时会使垫圈改变形状并会使垫圈与由帽和刺穿元件限定的内部空间的形状至少部分地相符合。

由于垫圈随着刺穿元件移动以接合瓶可能会变形，因此刺穿元件可以设置成帮助垫圈适当地保持在内部空间中。例如，在一些实施方式中，刺穿元件4可以具有与垫圈接触表面43相邻的外表面，该外表面定尺寸并定形成紧密配合在帽2的上开口28内。在图3的实施方式中，该外表面可以包括水平接触表面43b的正上方的圆柱形表面，该圆柱形表面可以定尺寸并定形成紧密配合在上开口28内。这可以帮助防止垫圈挤入上开口28处的上壁25与刺穿元件4之间的间隙中，或者可以以其他方式帮助垫圈3适当地容置于内部空间24中。

在一些实施方式中，帽和瓶接纳器的刺穿元件或其他部分可以设置成帮助阻止帽相对于刺穿元件或瓶接纳器的旋转，例如，刺穿元件和帽在上开口28处可以花键连接、槽连接、齿连接或以互补的方式的其他方式设置，使得刺穿元件和帽接合以防止帽相对于刺穿元件的旋转。在另一结构中，帽2的侧壁23的外表面可以开键槽、装齿等以与瓶接纳器10的开口101中的对应的凹槽或其他特征接合。然而，在一些实施方式中，帽和/或垫圈的相对于刺穿元件的相对较适度的旋转(例如，约5度至90度)会有助于改善所形成的密封。该旋转可以在瓶被引入到接纳器开口101中时通过使瓶旋转来提供，例如，通过帽的螺旋特征与接纳器开口101的对应的特征的接合或其他方式来提供。

根据本发明的方面的垫圈可以由诸如聚合物、弹性体、橡胶或其组合之类的弹性材料制成，或者垫圈可以以其他方式包括诸如聚合物、弹性体、橡胶或其组合物之类的弹性材料。示例性材料包括天然橡胶和热塑性弹性体，并且更具体地包括山都平、氯丁橡胶、硅树脂、聚氨酯和丁基橡胶。材料的硬度可以是70至95，但针对肖氏A标度的50与100之间的值可适合于各种应用。本领域的技术人员将理解的是，硬度的选择可能需要对部件尺寸、形状或其他特征进行调节，例如要求更厚或更薄的部件以提供期望的密封强度、适当的插入力以将瓶颈/垫圈与接纳开口接合等。帽同样可以由诸如金属、塑料、纤维增强塑料和/或其他复合材料之类的任何适当的材料或材料的组合制成。瓶的顶表面112和/或刺穿元件的垫圈接触表面43可以包括适当的光洁度例如以有助于产生适当的防泄漏密封。通常，更光滑的表面可以提供更好的防泄漏密封。帽的垫圈接触表面还可以设置有适当的光滑表面处理例如以有助于在刺穿元件的引入期间允许垫圈变形并相对于帽以其他方式移动。

本文中公开的帽和垫圈结构意在与各种容器的带螺纹和/或无螺纹颈部一起使用，并且各种方法可用于将帽接合和/或密封至带螺纹和/或无螺纹颈部。例如，帽可以螺纹连接到瓶的带螺纹颈部或者在带螺纹颈部或无螺纹颈部上方被拉伸，例如依靠摩擦来保持帽与瓶的颈部的接合。替代性地，帽可以被收缩配合、加热、粘合、焊接、交联、用粘合剂粘合、化学改变或转化成将帽与瓶的颈部接合。这种接合可以在帽与瓶之间形成密封。

如上所述，本发明的方面涉及使用不同类型的气瓶接纳器的气瓶接合，气瓶接纳器包括以螺纹的方式与气瓶接合的气瓶接纳器、接纳轴向地滑动到接纳器开口中的气瓶的气瓶接纳器以及其他气瓶接纳器。例如，美国专利4,867,209、US 5,020,395以及US 5,163,909描述了不同的瓶接合结构并且相对于其有关用于将气瓶与瓶接纳器和/或接纳开口接合的机构的教示通过参引并入本文中。要注意的是，帽的外表面可以被螺纹连接以允许帽与瓶接纳器的带螺纹开口螺纹接合。瓶接纳器10——其中之一的一部分在图3中示出——可以是使用由瓶供给气体的装置中的气体输送机构或系统的一部分，并且瓶接纳器10可以包括下述元件：例如用于控制所提供的气体的压力的调节器、用于刺穿瓶的气体出口的刺穿元件以及用于控制气体并将气体输送至诸如酒瓶、自行车轮胎、饮料碳酸化器之类的期望的位置的阀、喷管、喷嘴或软管。瓶接纳器10可以包括接纳器开口101(如图3中所示)，该接纳器开口101设置成与附接有帽2和垫圈3的气瓶的颈部110的至少一部分接合。在图3的示例中，接纳器开口101设置为下述钻孔或穿孔：该钻孔或穿孔定尺寸并定形状成接纳轴向地滑动到孔中的带垫圈和帽的瓶颈，尽管其他结构对于接纳器开口101而言也是可能的。例如，接纳器开口101可以包括夹具，该夹具设置成使得颈部110在没有阻力的情况下被接纳到开口101中并夹到帽2上。在另一结构中，开口101自身可以包括与帽或瓶接合的螺纹元件。简言之，各种不同的接纳器开口结构也是可能的。

在本示例性实施方式中，尽管瓶接纳器10的孔可以具有诸如具有均匀的壁的筒形孔之类的均匀的形状，但开口101可以具有台阶状直径(其中，一个或更多个更小的直径位于孔的内部处)、开口101可以包括锥度、具有倒角或其他结构。接纳开口101还可包括一个或更多个凹槽以在密封失效的情况下允许气体逸出(例如，气体穿过通气孔26排放)。刺穿元件4在本实施方式中与接纳器10的钻孔接合使得密封元件42(例如，O形环)以密封的方式与钻孔壁接合。在刺穿元件4上还设置有倒钩状部以使刺穿元件4在钻孔中保持就位，尽管诸如螺纹接合、粘合剂、焊接，将刺穿元件4与接纳器10的其他部分作为单个整体部分形成之类的其他结构也是可能的。当然，在诸如其中气瓶包括阀的一些结构中，根本不需要刺穿元件。

尽管上文所述的实施方式具有设置成与由瓶接纳器承载的刺穿元件一起操作的帽/垫圈和瓶，但是刺穿元件(在需要的情况下)可以承载在瓶上。例如，刺穿元件4可以至少部分地定位在内部空间24中并通过帽2保持就位。帽/刺穿元件/垫圈/瓶与瓶接纳器的接合会使刺穿元件朝向瓶的气体出口120移动，从而在垫圈与刺穿元件之间形成了密封并打开瓶。因而，刺穿元件不是必须固定至瓶接纳器，而可以附接至帽/垫圈结构或以其他方式被设置为单个元件。

因而已对本发明的至少一个实施方式的若干方面进行了描述，将要理解的是，对于本领域的技术人员而言可容易地进行各种变化、修改和改进。这些变化、修改和改进意在作为本公开的一部分，并且意在落入本发明的精神和范围内。因此，前述描述和附图仅作为示例。

Claims (23)

1.一种用于气瓶的气瓶密封装置，所述气瓶具有颈部和刺穿元件，所述颈部具有侧表面和包括气体出口的顶表面，并且所述刺穿元件设置成刺穿所述气体出口，所述密封装置包括：

帽，所述帽具有下部和上部，所述下部设置成与所述气瓶的所述颈部接合以将所述帽保持在所述气瓶上，所述上部限定了内部空间并且具有接纳所述刺穿元件的上开口；以及

垫圈，所述垫圈定尺寸成配合在由所述帽的所述上部限定的所述内部空间中，所述垫圈具有上表面和下表面，所述上表面设置成与被接纳于所述帽的所述上开口中的所述刺穿元件形成密封，所述下表面设置成与所述瓶的所述顶表面形成密封；

其中，所述帽设置成径向地容纳所述垫圈，使得所述垫圈的响应于与朝向所述垫圈和所述气体出口移动的所述刺穿元件形成密封的径向膨胀或其他运动被限制并且使所述垫圈变形。

2.根据权利要求1所述的密封装置，其中，在所述垫圈位于所述内部空间中并处于未变形状态的情况下，在所述内部空间的上径向外部区域和下径向外部区域处存在有空隙，并且其中，所述垫圈设置成响应于与所述刺穿元件和所述瓶的所述顶表面形成密封而至少部分地填充上径向外部空隙区域和下径向外部空隙区域。

3.根据权利要求1所述的密封装置，其中，所述帽的所述上部包括侧壁和上壁，所述上壁具有从所述侧壁径向向内延伸的环形形状，并且所述上壁包括限定所述上开口的径向内部部分。

4.根据权利要求3所述的密封装置，其中，所述垫圈具有所述上表面的位于所述上壁的所述径向内部部分的径向向内处的最上部分。

5.根据权利要求4所述的密封装置，其中，所述垫圈的所述上表面的所述最上部分延伸到所述上开口中。

6.根据权利要求3所述的密封装置，其中，所述内部空间具有圆柱形形状，并且所述垫圈具有环面形状。

7.根据权利要求1所述的密封装置，其中，所述帽的所述下部包括设置成与所述瓶的颈部上的外螺纹接合的内螺纹。

8.根据权利要求1所述的密封装置，其中，所述垫圈具有环面形状。

9.根据权利要求1所述的密封装置，还包括所述刺穿元件，所述刺穿元件包括设置成刺穿所述气瓶的所述气体出口的枪部以及设置成与所述垫圈的所述上表面接触并与所述上表面形成密封的垫圈接触表面。

10.根据权利要求9所述的密封装置，其中，所述垫圈接触表面包括围绕圆锥形或圆柱形表面的水平环状表面，所述圆锥形或圆柱形表面和所述水平环形表面均设置成与所述垫圈的所述上表面接触并将所述垫圈朝向所述瓶的所述顶表面迫压。

11.根据权利要求9所述的密封装置，其中，所述帽和被引入到所述上开口中的所述刺穿元件将所述内部空间限定成具有与所述垫圈的形状和体积不同的形状和容积。

12.根据权利要求11所述的密封装置，其中，所述刺穿元件与所述垫圈的接触使所述垫圈改变形状并使所述垫圈与由所述帽和所述刺穿元件限定的所述内部空间的形状至少部分地相符合。

13.根据权利要求9所述的密封装置，其中，所述刺穿元件具有与所述垫圈接触表面相邻的外表面，所述外表面定尺寸并定形成紧密地配合在所述帽的所述上开口内。

14.根据权利要求1所述的密封装置，还包括所述气瓶，并且其中，所述帽附接至所述瓶的所述颈部。

15.根据权利要求1所述的密封装置，其中，所述帽包括位于所述帽的侧壁中的一个或更多个通气孔。

16.根据权利要求1所述的密封装置，其中，所述帽包括用以相对于所述瓶定位所述帽的所述下部的止动件。

17.根据权利要求1所述的密封装置，其中，所述帽包括用以接触所述瓶的所述颈部并且限定由所述帽的所述上部和所述瓶的所述顶表面定界的所述内部空间的容积的止动件。

18.根据权利要求1所述的密封装置，其中，所述帽的所述上部至少部分地覆盖所述垫圈的所述上表面。

19.根据权利要求1所述的密封装置，其中，所述帽中的所述上开口能够操作成接合所述刺穿元件而防止所述瓶相对于所述刺穿元件旋转。

20.一种用于建立与气瓶的密封的方法，所述方法包括：

提供气瓶和密封装置，所述气瓶具有包括侧表面和顶表面的颈部，所述顶表面包括气体出口，所述密封装置包括帽和垫圈，所述帽具有与所述气瓶的所述颈部接合的下部以及限定内部空间并具有上开口的上部，所述垫圈位于由所述帽的所述上部限定的所述内部空间中；

将所述帽引入到气体输送装置的接纳开口中；

使刺穿元件在所述帽的所述上开口中移动；

相对于所述气体出口移动所述刺穿元件，使得所述刺穿元件打开所述气体出口以从所述气瓶释放气体；以及

通过将所述瓶和所述刺穿元件朝向彼此移动而在所述刺穿元件与所述垫圈之间以及在所述瓶的所述顶表面与所述垫圈之间形成密封。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，形成密封的步骤包括使所述垫圈变形以至少部分地填充所述内部空间中的空隙。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，形成密封的步骤包括径向地限制所述垫圈。

23.根据权利要求20所述的方法，其中，形成密封的步骤包括在所述刺穿元件打开所述气体出口之前在所述垫圈与所述刺穿元件和所述顶表面之间形成密封。