CN104930206A - 截止阀 - Google Patents

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Abstract

用于向储罐填充气体介质的截止阀，包括：阀壳体，布置于阀壳体中使其可在轴向方向上移动的活塞，其具有轴向连续孔；阀壳体的第一端件，其具有与活塞的轴向连续孔流体连通的出口；阀壳体的第二端件，其具有与活塞的轴向连续孔流体连通的入口；活塞的第一端侧与阀壳体的第二端件的第一端侧通过接触形成密封座，流体引导装置构造在第二端件的入口的下游，其具有第二端件的至少一个孔和腔室，孔径向向外引导，且流体连通到第二端件的入口，结果是气体介质可以经由至少一个第二端件的径向向外布置的孔从入口流入腔室，且其内的气体介质在第二端件的第一端侧方向上从外侧引导到内侧，并且气体介质在活塞的轴向连续孔方向上发生偏转。

Description

截止阀
技术领域
本发明涉及用于向储罐填充气体介质的截止阀。该截止阀包括阀壳体，布置在阀壳体中以使其可在轴向方向上平移的活塞，该活塞具有轴向连续孔；阀壳体的第一端件，该第一端件具有与活塞的轴向连续孔流体连通的出口；阀壳体的第二端件，该第二端件具有与活塞的轴向连续孔流体连通的入口；活塞的第一端侧和阀壳体第二端件的第一端侧通过接触形成密封座。
背景技术
在用气体介质填充储罐时，所述填充在已达到限定的填充程度后需要终结。
经由红外接口通信的填充系统中，例如与机动车通信，存在的问题是在有污垢、损害或不合适的红外接口空间的情况下不能填充。
因此寻求一种解决方案，其在储罐满后自动地结束填充操作。一种可能是基于信号打开和关闭的电磁致动阀。然而，存在的风险是，爆炸气体介质可因为火花的形成而点燃。因此寻求一种解决方案，其中所使用的阀是纯粹的机械构造并在已经达到限定的填充程度时结束填充操作。
机械致动阀以这样的方式构造，使得在已经达到限定的压力后，该阀自动地关闭并避免进一步的填充。
EP0837280B1已经公开了一种单向阀，包括阀锥体，阀锥体引导件，阀座和弹簧，其设计为允许流体从入口到出口在下游方向上流动，并且设计为限制流体从出口到入口在上游方向上流动。
发明内容
本发明的一个目的是改进允许填充储罐的截止阀，该截止阀，完全机械地致动，避免在已经达到限定的压力后进一步供给气体介质，无论供给端是压力增加、压力降低还是压力波动。
特别地，另一个目的是，提供在截止阀出口方向上来自入口的气体介质的改进的流动行为，从而获得更快的填充和储罐的最优填充程度。
这个目的通过权利要求1的特征实现。本发明的发展是附属权利要求的主题。
该目的通过用于向储罐填充气体介质的截止阀实现，其包括：阀壳体，设置在阀壳体中以使其可在轴向方向平移的活塞，该活塞具有轴向连续孔；阀壳体的第一端件，其具有与活塞的轴向连续孔流体连接的出口；阀壳体的第二端件，其具有与活塞的轴向连续孔流体连通的入口；活塞的第一端侧和阀壳体第二端件的第一端侧通过接触形成密封座，流体引导设备构造在第二端件的入口下游，该流体引导设备具有第二端件的至少一个孔和腔室，该孔径向通向外侧并与第二端件的入口流体连通，该腔室构造在活塞与第二端件之间，导致气体介质可经由第二端件的至少一个径向向外布置的孔从入口流动到腔室，且腔室中的气体介质在第二端件的第一端侧方向上从外侧引导到内侧，而气体介质的偏转发生在活塞轴向连续孔的方向上。
在根据本发明的一个实施例中，阀壳体可为大体上中空的柱体，在每一种情况下，一个内螺纹附接在阀壳体中的两端上。活塞布置在阀壳体中，使得其可轴向平移。该活塞具有轴向连续孔，其在一侧上与第二端件的入口流体连接，而在另一侧上与第一端件的出口流体连接。基于与第二端件的第一端侧的接触，活塞的第一端侧形成密封座，其根据设定的截止压力密封，并忽略(并保持闭合)在第二端件入口侧上进一步的压力增加、压力降低或任意的压力浮动，比如由填充系统引起的压力浮动。打开截止阀在第一端件的出口侧压力没有增加或没有介质从储罐或储罐系统移除的情况下是不可能的，其中移除由通常的操作引起。此处，活塞的端侧和第二端件的端侧还被理解为指任何设置用于配置密封座的端侧结构构造。例如，如将在之后更详细地描述的，第二端件的第一端侧可具有轮廓，特别是凹入轮廓。该活塞在无压力状态下与第二端件的第一端侧隔开。
根据本发明，流体引导设备在入口下游配置。该流体引导设备用作通过气体介质流的目标偏转改进来自入口的气体介质在出口方向上的流动，并大体上包括第二端件的孔和腔室，其中孔径向通向外侧，并与第二端件的入口流体连通，且经由腔室，气体介质在第二端件的第一端侧方向上从外侧引导至内侧，而气体介质的偏转发生在活塞的轴向连续孔的方向上。该腔室构造为大体上在活塞与第二端件之间，且由阀壳体的内壁界定。
根据本发明的解决方案是有利的，最重要的，由于活塞与第二端件之间的间隙在填充过程中随着储罐中压力增加而变得越来越小，其结果是，流体通道变窄。根据本发明的实施例实现了改进的充填程度，由于流体通道使得气体介质直到阀关闭的优化通流成为可能。
所述截止阀特别适于诸如氢、瓦斯、天然气或氢和天然气的混合物的介质。作为截止阀的变形例，诸如液体石油气(LPG)的液体介质的使用也是合适的。
结果是完全机械式的截止阀，其由于所设定的弹力在超过限定压力时密封地关闭通道，而在供给开口中压力进一步增加或者下降到真空的情况下都不会打开，因此保持常闭。介质的移除在蓄压系统中的一个或多个不同位置处发生。
本发明的发展在独立权利要求、说明书和附图中详细说明。
根据一个优选实施例，突出部构造在第二端件的第一端侧上。该突出部引起气体介质在活塞的轴向连续孔方向上特别快速的偏转。
在一个优选实施例中，第一端件和/或第二端件是独立的部件。第一端件和/或第二端件紧固到阀壳体上。到阀壳体的紧固可由适合的现有技术中已知的合适方法实现，如粘合剂粘接、铜焊、焊接、挤压或螺接。
根据本发明的一个实施例，第一端件布置为与第二端件相对地定位。该布置的结果是，阀壳体可特别地紧凑和构造简单。
在另一实施例中，第二端件的突出部构造为大致上与活塞轴向连续孔的中心轴线同轴。这确保气体介质的流动以最优的方式发生，特别是，如果截止阀的单独部件构造为旋转部件。这种方式也防止了第二端件的突出部在截止阀的关闭状态中接触活塞，因为该突出部突出进入活塞的轴向连续孔。
第二端件的突出部优选地构造为尖端。这里，所述尖端优选地具有大体上圆锥体或截锥体的形状，最大直径或至少第二端件突出部的平均直径比活塞轴向连续孔直径要小。这确保气体介质可在低的流动阻力下流入活塞的轴向连续孔。
根据本发明的一个实施例，第二端件的第一端侧具有径向圆周，接近凹入构造。
在另一特别实施例中，该接近凹入构造的径向圆周与该尖端形成连续的过渡。
这种几何改进的结果是，气体介质特别快速和有效地引导至活塞的轴向连续孔。
根据本发明的另一改进，第二端件的径向向外引导孔具有至少与第二端件的入口横截面对应的横截面。这确保没有气体介质流动的节流或回压能够因为过小的横截面而发生。
在另一发明的实施例中，阀壳体具有位于空腔中的第一端侧，其中第一端侧具有大致凹入构造的径向圆周，该凹入构造在阀壳体的内壁与空腔之间延伸。其结果是，气体介质在第二端件的突出部方向上更快速地偏转。
在一个特定实施例中，第二端件的径向向外引导孔布置为相对于第二端件的入口中心轴线切向偏移。通过切向偏移，向外流出的气体介质趋于被赋予漩涡，结果是流体流可进一步得到辅助。这是有利的，最重要的，由于随着压力升高，活塞与第二端件之间的间隙变得越来越小，并且因此流体通道变窄。
根据本发明，弹性元件设置在活塞的第二端侧与阀壳体的第二端侧之间。活塞的第二端侧优选地构造为活塞领部的端侧。该领部布置在活塞第一滑动面与活塞第二滑动面之间。活塞的第二滑动面，或活塞的领部，面对活塞的第二滑动面。阀壳体的第二端侧面向远离阀壳体的第一端侧，且面向活塞的第二端侧。
这里，至少一个盘簧优选地被用作弹性元件。盘簧提供的益处是相对高的力可在相对小的安装空间中传输。
在发明的一个改进中，弹性元件以这样方式构造，使得其在无压力状态下将活塞抵靠住第一端件的一个端侧施加预应力。弹性元件优选地是盘簧组件，其施加弹性力以将活塞压靠在第一端件的第一端壁上。这确保在活塞第一端侧与第二端件的第一端侧之间的间隙或腔室，因此流体通道尽可能的大，并且气体介质能够以未受阻的方式流入储罐，直到填充结束。其结果是，在阀壳体中的振动也被避免。
在另一发明的实施例中，至少一个第一密封件布置在活塞的第一滑动面与阀壳体之间。这里，至少一个第一密封件优选地布置在阀壳体的第一端侧与第二端侧之间的区域中。这里，至少一个第一密封件以这样的方式布置，使得其能经受住在填充过程中发生在第二端件的入口处的高压力。另外，至少一个第一密封件以这样的方式布置，使得活塞可在至少一个密封件上轴向滑动。同时，至少一个第一密封件用于活塞的安装。这里，至少一个第一密封件布置在阀壳体的凹槽中。这里，凹槽布置在阀壳体第一端侧与第二端侧之间的区域中。
根据所发明的另一实施例，至少一个第二密封件布置在活塞的第二滑动面与第一端件之间。这里，至少一个第二密封件布置在第一端件的端侧与活塞领部之间的区域中。至少一个第二密封件同样以这样的方式构造，使得活塞首先可轴向滑动，且其次通过至少一个密封元件安装。由于在第一端件出口处与第二端件的入口处在完全填满储罐的情况下出现相似的高压，至少一个第二密封件同样必须以可承受住该高压这样的方式构造。这里，至少一个第二密封件布置在第一端件的凹槽中。
根据所发明的另一实施例，至少一个第三密封件设置在第二端件与阀壳体之间。这里，至少一个第三密封件在阀壳体内螺纹区域中的第三端侧上径向抵靠第二端件的第二端侧密封。这里，径向圆周凹槽构造在第二端件的第二端侧中，至少一个第三密封元件布置在该凹槽中。
在另一所发明的实施例中，第一端件和第二端件通过螺接紧固到阀壳体上。这里，第一端件和第二端件优选地在阀壳体的端部螺接到在每一情形下为此目而设置的内螺纹上。螺纹连接提供了的优势是截止阀被可释放地连接。例如，布置在截止阀中的部件可因此被替换，如弹簧、密封元件和活塞。此外，有可能以简单的方式通过第一端件在阀壳体内的拧入深度预先调整弹簧元件的预应力到所需的力，该力旨在允许活塞仅当出口压力在填充过程中达到限定压力时从第一端件的端侧抬起。其结果是，连接到截止阀的储罐只在由先前设置的弹簧力限定的压力下填充，且截止阀可总是可靠地保持关闭，甚至无需例如制动器的电动装置。
为了使气体介质尽可能快地被引导入储罐，在所发明的另一实施例中，第一端件的出口的中心轴线构造为与活塞的轴向连续孔的中心轴线同轴。
根据所发明的另一实施例，活塞的轴向连续孔具有比第一端件的出口小的直径。
在所发明的另一实施例中，环形面形成在活塞的第三端侧上，活塞的第三端侧面向第一端件的第一端侧。这里，环形面由活塞轴向连续孔的直径和第一端件的出口直径确定，并且以这样的方式取决于弹性元件的弹力设计，当在第一端件出口处的压力达到储罐截止压力的90％-95％时，活塞抬起离开第一端件的端侧，其结果是，活塞的第三端侧的整个表面区域被激活，且活塞在第二端件的第一端侧方向上快速地轴向平移。
截止阀压力由储罐的最大可允许操作压力确定。为了避免破坏储罐或储罐系统，截止阀压力是必要的。
活塞的第一端侧相对于活塞的第三端侧的表面积的差别，即活塞的第三端侧的表面积比活塞的第一端侧的表面积大，确保了截止阀即使在入口压力升到超过截止压力时保持关闭。由于关闭力大体上仅由储罐中在活塞第三端面上的压力减去盘簧组件的力而确定，截止阀即使在入口压力降到低于截止压力时保持关闭。
根据本发明，活塞具有第一端侧，该端侧优选地形成密封边缘。这里，密封边缘是一个至少接近活塞第一端侧外直径的密封边缘。如果密封边缘完全位于活塞第一端侧的外径上是特别有利的，因为在这种情况下没有通过阀入口压力引起的额外阻力可以作用在处于截止阀关闭状态下的活塞上。由于流体引导设备的结构形成的漩涡，这确保气体介质继续实现足够的流动，即便是在活塞密封边缘与第二端件的端侧之间间隙非常小的情况下。在一个实施例中，密封边缘可由与活塞不同的材料制成。
附图说明
下文中，本发明将参考附图通过举例方式进行说明，其中：
图1是根据本发明的截止阀的截面图；
图2是示出径向向外布置的孔的截面图的细节；
图3是示出根据本发明的径向向外布置的孔的截面图的细节；
具体实施方式
图1示出了贯穿根据本发明的截止阀1的截面图。截止阀1大体上包括阀壳体11、可轴向移动的活塞12、第一端件13和第二端件14。第一端件13和第二端件14螺纹连接到阀壳体11。这里，第一端件13具有外螺纹，该螺纹可螺接到阀壳体11的内螺纹。另外，第一端件13具有内螺纹，通过这种方式所述第一端件13可连接到储罐(未示出)。该内螺纹流体连接第一端件13的出口13.1。另外，第一端件具有凹槽13.2，至少一个第一密封元件15布置在其中。活塞12布置在阀壳体11之中并通过至少一个第一密封元件15安装在第一滑动面12.1上，所述滑动面同时构造为密封面。第二端件14同样具有外螺纹，通过这样的方式其可螺接到阀壳体11上。外螺纹设置用于连接到填充系统或相应的管道(未示出)。至少一个第二密封元件16布置在第二端件14的第二端侧14.8的径向圆环槽14.1之中。同样构造在第二端件14的第三端侧14.9上的第二径向圆环槽14.2用作接收另外的密封元件(未示出)。第二端件14具有入口14.3，气体介质在填充过程中可通过该入口从储罐系统流入储罐方向。这里，流入气体通过流体引导设备S进入腔室K，所述流体引导设备S包括径向向外布置的孔14.4。第二端件14的径向向外布置的孔14.4、腔室K、布置在第二端件14的第一端侧14.7上的突出部14.5，第二端件14的突出部14.5优选地具有尖端的形状。另外，流体引导设备S包括在阀壳体11中的第一端侧11.4，阀壳体11上的第一端侧11.4具有径向圆周凹入结构11.1，其从阀壳体11的内壁在阀壳体空腔方向上延伸，和在第二端件14的第一端侧14.7上的径向圆周凹入结构14.6，该径向圆周凹入结构14.6形成与第二端件14的突出部14.5的连续过渡。上述流体引导设备S的结果是，气体介质特别有利地在活塞12的轴向连续孔12.2的方向上流入。最重要的是，当间隙和因此的腔室K在活塞12在第二端件14的第一端侧14.7方向上移动时在尺寸上减少时，这是有利的，因为作为径向圆周凹入结构11.1和14.6偏转的结果，气体介质可几乎没有流损地流动到活塞12的轴向连续孔12.2。一个至少第三密封元件17用作阀壳体11与活塞12的第二滑动面12.3之间的密封。该至少第三密封元件17布置在凹槽11.3中，该凹槽11.3布置于在阀壳体11的第一与第二端侧11.4和11.5之间在空腔中形成的区域中。另外，至少一个第二密封元件17用于将活塞12安装到阀壳体11中。活塞12具有领部12.4，该领部布置在活塞的第一滑动面12.1与第二滑动面12.3之间。该领部12.4具有活塞的第二端侧12.6，该第二端侧12.6面对阀壳体11的第二端侧11.5。弹性元件18布置在阀壳体11的空腔中，该弹性元件18优选地为盘簧组件。理想地，第一端件13的第一端侧13.4的表面区域和活塞的第三端面12.7的交叠与轴向连续孔12.2的直径和出口13.1的直径相一致，弹力设置为使得如果第一端件13的出口13.1处的压力达到第二端件14的入口14.3处压力的90％-95％，活塞就抬起。因为环形面13.3在活塞12已经从第一端件13的第一端侧13.4抬起后增加为活塞12的第一滑动面12.1的直径，活塞12在第二端件14的第一端侧14.7的方向上相对快速地平移，直到活塞12密封住第二端件14的第一端侧14.7并阻止气体介质的流动。这里，该密封经由活塞12的第一端侧12.5而发生，该第一端侧12.5形成密封边缘。这里，密封边缘是活塞12的第一端侧12.5的一个大体上径向向外的圆周边缘。活塞12的该径向圆周边缘可具有斜角或倒圆的部分，例如，在活塞12的第一端侧12.5的区域中。通风孔11.2设置在阀壳体11弹性元件18的区域中，当活塞12轴向平移时，通风孔11.2允许阀壳体11中在两个至少一个第一和第三密封元件15和17之间空气的压力达到平衡。
图2和图3分别是贯穿第二端件径向向外布置的孔14.4的截面A1-A1和A2-A2。在图2中，径向向外布置的孔14.4相对于第二端件14的入口14.3的中心轴线中心地布置。在图3中，第二端件14的径向向外布置的孔14.4相对于第二端件14的入口14.3的中心轴线切向地布置。其结果是，气体介质具有被赋予到其上的漩涡，其结果是气体介质在活塞12的轴向连续孔12.2方向上更快地被引导，因此实现改进的流动行为。
参考标号列表
1 截止阀
11 阀壳体
11.1 径向圆周凹入结构
11.2 通风孔
11.3 凹槽
11.4 第一端侧
11.5 第二端侧
11.6 第三端侧
12 活塞
12.1 第一滑动面
12.2 轴向连续孔
12.3 第二滑动面
12.4 领部
12.5 第一端侧
12.6 第二端侧
12.7 第三端侧
13 第一端件
13.1 出口
13.2 凹槽
13.3 环形面
13.4 第一端侧
14 第二端件
14.1 凹槽
14.2 凹槽
14.3 入口
14.4 径向布置的孔
14.5 突出部
14.6 径向圆周凹入结构
14.7 第一端侧
14.8 第二端侧
14.9 第三端侧
15 第一密封元件
16 第二密封元件
17 第三密封元件
18 弹性元件
K 腔室
S 流体引导设备

Claims (22)

1.用于向储罐填充气体介质的截止阀(1)，包括：阀壳体(11)、布置于阀壳体(11)中以使其可在轴向方向上移动的活塞(12)，所述活塞(12)具有轴向连续孔(12.2)；阀壳体(11)的第一端件(13)，所述第一端件(13)具有与活塞(12)的轴向连续孔(12.2)流体连通的出口(13.1)；阀壳体(11)的第二端件(14)，所述第二端件(14)具有与活塞(12)的轴向连续孔(12.2)流体连通的入口(14.3)；活塞(12)的第一端侧(12.5)和阀壳体(11)的第二端件(14)的第一端侧(14.7)通过接触形成密封座，其特征在于，流体引导设备(S)被设置在第二端件(14)的入口(14.3)的下游，流体引导设备(S)具有第二端件(14)的至少一个孔(14.4)和腔室(K)，该孔(14.4)径向向外引导，且流体连通到第二端件(14)的入口(14.3)，所述腔室(K)构造在所述活塞(12)和所述第二端件(14)之间，其结果是气体介质可以经由第二端件(14)的至少一个径向向外布置的孔(14.4)从入口(14.3)进入腔室，且腔室(K)内的气体介质在第二端件(14)的第一端侧(14.7)的方向上从外侧引导到内侧，并且所述气体介质在活塞(12)的轴向连续孔的方向上发生偏转。
2.根据权利要求1所述的截止阀(1)，其特征在于，突出部(14.5)被构造在所述第二端件(14)的第一端侧(14.7)上。
3.根据权利要求1所述的截止阀(1)，其特征在于，所述第一端件(13)和/或第二端件(14)是独立的部件，所述第一端件(13)和/或第二端件(14)紧固到所述阀壳体(11)上。
4.根据权利要求1所述的截止阀(1)，其特征在于，所述第一端件(13)布置为与第二端件(14)相对地定位。
5.根据权利要求1所述的截止阀(1)，其特征在于，所述突出部(14.5)构造为与所述活塞(12)的轴向连续孔(12.2)的中心轴大体上同轴。
6.根据权利要求1所述的截止阀(1)，其特征在于，所述第二端件(14)的突出部(14.5)形成尖端，所述尖端具有比活塞(12)的轴向连续孔(12.2)的直径小的直径。
7.根据权利要求1所述的截止阀(1)，其特征在于，所述第二端件(14)的第一端侧(14.7)具有径向圆周凹入结构(14.6)。
8.根据权利要求1所述的截止阀(1)，其特征在于，所述径向圆周凹入结构(14.6)与所述尖端形成连续的过渡。
9.根据权利要求1所述的截止阀(1)，其特征在于，所述第二端件(14)的径向向外引导的孔(14.4)共同具有至少对应于第二端件(14)的入口(14.3)横截面。
10.根据权利要求1所述的截止阀(1)，其特征在于，所述阀壳体(11)具有第一端侧(11.4)，其具有径向圆周凹入结构(11.1)，其结果是所述气体介质在第二端件(14)的突出部(14.5)的方向上从外向内偏转。
11.根据权利要求1所述的截止阀(1)，其特征在于，所述第二端件(14)的至少一个径向向外引导的孔(14.4)相对于第二端件(14)的入口(14.3)的中心轴切线地偏移，其结果是所述至少一个径向向外引导的孔(14.4)在填充过程中引起所述气体介质的涡流。
12.根据权利要求1所述的截止阀(1)，其特征在于，弹性元件(18)布置在所述活塞(12)的第二端侧(12.6)与所述阀壳体(11)的第二端侧(11.5)之间。
13.根据权利要求12所述的截止阀(1)，其特征在于，所述弹性元件(18)是至少一个盘簧。
14.根据权利要求12所述的截止阀(1)，其特征在于，所述弹性元件(18)将活塞(12)轴向地预压靠所述第一端件(13)。
15.根据权利要求1所述的截止阀(1)，其特征在于，至少一个第三密封元件(17)布置在所述活塞(12)的第二滑动面(12.3)与所述阀壳体(11)之间。
16.根据权利要求1所述的截止阀(1)，其特征在于，至少一个第一密封元件(15)布置在所述活塞(12)的第一滑动面(12.1)与所述第一端件(13)之间。
17.根据权利要求1所述的截止阀(1)，其特征在于，至少一个第二密封元件(16)布置在所述第二端件部(14)与所述阀壳体(11)之间。
18.根据权利要求1所述的截止阀(1)，其特征在于，所述第一端件(13)的出口(13.1)的中心轴线与所述活塞(12)的轴向连续孔(12.2)是同轴的。
19.根据权利要求1所述的截止阀(1)，其特征在于，所述第一端件(13)和/或第二端件(14)通过螺纹连接到所述阀壳体(11)上。
20.根据权利要求1所述的截止阀(1)，其特征在于，所述活塞(12)的轴向连续孔(12.2)具有比所述第一端件(13)的出口(13.1)的直径小的直径。
21.根据权利要求1所述的截止阀(1)，其特征在于，环形面(13.3)基于所述活塞(12)的轴向连续孔(12.2)的直径和所述第一端件(13)的入口(13.1)的直径形成在活塞(12)的第一端侧(12.5)上，以取决于所述弹性元件(18)的弹力以这样的方式设计，即使得当在所述第一端件(13)的出口(13.1)处达到90％-95％的储罐的截止压力时，所述活塞(12)从第一端件(13)的第一端侧(13.4)抬起，并在所述第二端件(14)的第一端侧(14.7)的方向上轴向地偏移。
22.根据权利要求1所述的截止阀(1)，其特征在于，所述活塞(12)的第一端侧(12.5)形成密封边缘。
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