CN107763259A - 用于封闭进入制冷剂容器的开口的组件 - Google Patents

用于封闭进入制冷剂容器的开口的组件 Download PDF

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Abstract

一种用于封闭进入容器(10)的开口(12)的组件(22；40；70)，所述组件包括：阀腔(24)；阀(28；42；72)，朝向闭合位置偏置，在该闭合位置中阀封闭第一开口；以及用于将阀保持在打开位置的保持装置(34；46；84)。从第一开口通过阀腔到第二开口的制冷剂流动用于移动保持装置并允许阀闭合。

Description

用于封闭进入制冷剂容器的开口的组件
技术领域
本发明涉及用于制冷剂容器的限压封闭。特别地，本发明涉及用于容纳针对MRI系统的超导磁体的制冷剂容器的封闭。
背景技术
通常，制冷剂容器包含大量液体形式的制冷剂和其他的大量气态制冷剂，使得制冷剂容器内的压力超过大气压力。然而，需要限制气态制冷剂可达到的最大压力，以限制制冷剂容器的结构故障的危害。
通常，这可以通过阀或爆破隔膜来实现。
阀所面临的困难在于：这些阀在长期密封以防止制冷剂溢出或空气进入方面可能不太可靠。已经发现阀能够在几天或几周内提供令人满意的制冷剂容器的密封，但是当需要长期密封时，发现爆破隔膜更为可靠。
制冷剂容器必须被“编码”，即，经过监管批准。在限压特征仅是阀的情况下，至少由于上述原因，批准可能会被拒绝。
另一方面，爆破隔膜不太可能被蓄积水冰阻挡，但是一旦爆破隔膜爆裂，并且制冷剂容器内的过多压力被释放，则爆破隔膜保持开放，并且制冷剂将会从制冷剂容器持续泄漏。
发明内容
因此，本发明提供了用于封闭进入制冷剂容器的开口的组件，其符合监管批准的条件，一旦制冷剂容器内的高压已经衰减，则该组件即提供对开口的可靠的重新封闭。
因此，本发明提供了如所附权利要求中限定的组件。
附图说明
根据下面对本发明某些实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特点和优点将变得更加明显，这些实施例是结合附图仅通过非限制性示例的方式给出的，其中：
图1示出了根据本发明的第一实施例的被组装到制冷剂容器开口并且处于初始状态的组件；
图2示出了在打开和关闭序列之后处于第二状态的图1的组件；
图3示出了图1的组件从制冷容器开口的拆卸；
图4示出了根据本发明的第二实施例的被组装到制冷剂容器开口并且处于初始状态的组件；
图5示出了在打开和关闭序列之后处于第二状态的图4的组件；
图6示出了根据本发明的第三实施例的被组装到制冷剂容器开口并且处于初始状态的组件；以及
图7示出了在打开和关闭序列之后处于第二状态的图6的组件。
具体实施方式
本发明提供了一种用于封闭进入制冷剂容器的开口的组件，其中开口由爆破隔膜密封，但是在爆破隔膜被制冷剂容器内的过高压力导致破裂之后，该开口由阀封闭。阀朝向闭合位置偏置，但是最初通过保持装置、抵靠偏置装置而保持在打开位置。在爆破隔膜破裂的情况下，保持装置被制冷剂的流动来移位，该流动是制冷剂从制冷剂容器通过爆破隔膜的破裂所形成的开口的流动。
图1至图3示出了根据本发明第一实施例的被安装在制冷剂容器上的组件。制冷剂容器10设置有开口12，在该情况下，开口12的形式为具有安装法兰14的端口。安装法兰设置有用于将附件安装到端口的布置，这里是螺栓16和通孔18。优选地，还提供弹性密封件20，其被安装到法兰以确保制冷剂容器和所安装的附件之间的防漏密封。在图1中，所安装的附件是根据本发明的第一实施例的处于第一未打开状态的组件22。
组件22包括阀腔24，其在一侧向制冷剂容器10的内部开放，而在另一侧由爆破隔膜26封闭，优选地，该另一侧是与制冷剂容器的开口相对的侧。除此以外，阀腔24是封闭的，并且向进入制冷剂容器10的开口提供制冷剂紧密封。
在图1的实施例中，阀腔24包围瓣阀，其本身包括弹簧铰链30和弹性密封件32，弹簧铰链30带有阀瓣28，弹性密封件32附接到阀腔的内表面，以在阀瓣28处于闭合位置时，为阀瓣28提供阀座。弹簧铰链30被弹簧偏置到阀瓣的闭合位置。阀瓣28通过诸如支撑柱34的适当保持装置，抵抗弹簧偏置的铰链30的力而保持在打开位置。在图1的实施例中，阀腔24包围瓣阀，其本身包括弹簧铰链30和弹性密封件32，弹簧铰链30带有阀瓣28，弹性密封件32附接到阀腔的内表面，以在阀瓣28处于闭合位置时，为阀瓣28提供阀座。阀瓣28通过诸如支撑柱34的适当装置而保持在打开位置。弹簧铰链30被弹簧偏置到阀瓣的闭合位置。在备选实施例中，铰链未装有弹簧，但是阀瓣28被加重，使得所需的偏置由重力来提供。
支撑柱34被安装到阀腔24的内表面。这可以通过铰链36来实现，或者柔性支撑柱34可以被粘结到阀腔24的内表面。在图1所示的第一未打开的状态中，支撑柱34保持在阀瓣28和爆破隔膜26之间的适当位置。阀腔24的内部向制冷剂容器10的内部开放，并且阀腔24通过爆破隔膜26对外部密封。
出于与本发明无关的原因，例如位于制冷剂容器内的超导磁体的失超，制冷剂容器内的制冷剂的压力可能升高到不可接受的水平。在这种情况下，爆破隔膜26将破裂，从而防止制冷剂容器内的压力达到不可接受的水平。一旦爆破隔膜26破裂，制冷剂气体将通过由爆破隔膜破裂产生的开口而从制冷剂容器10流出。制冷剂气体的流动在支撑柱34上施加足以使支撑柱偏离阀瓣28的力，使得阀瓣不再通过支撑柱34而被保持在原位。阀瓣28可以通过制冷剂的流动而保持打开，但是在来自弹簧偏置的铰链30的偏置下，倾向于封闭到由密封件32提供的阀座上。
支撑柱34可以是特别成形的，以确保其对制冷剂气流的阻止的程度足以确保其从阀瓣28偏离，例如通过向制冷剂流提供非常大的表面面积。支撑柱34可以设置有一个或多个“帆状物”，其增加了支撑柱在制冷剂气体的流动方向上的表面面积，从而增加了支撑柱34对制冷剂气体的流动的阻抗。这样的帆状物可以被布置成在支撑柱34偏离阀瓣28时分离、分解或偏离制冷剂的路径。附加地或备选地，支撑柱可以通过弹簧偏置的铰链36和/或通过支撑柱的材料内的弹簧张力、而朝向爆破隔膜被偏置。来自制冷剂容器10的制冷剂的流动可以通过作用于阀瓣，来抵抗由铰链30提供的弹簧偏置，从而使阀瓣28打开。
弹簧偏置的铰链30可以通过直接安装在阀腔24内部的阀瓣的材料中的弹簧张力来提供。
一旦来自制冷剂容器10的制冷剂的流动衰减，则铰链30的弹簧偏置导致阀瓣28抵靠弹性密封件32而闭合，进入第二状态。
在图1所示的布置中，并且优选地，在爆破隔膜26保持完整时，支撑柱34不可能与阀瓣28脱离并且允许阀瓣28闭合。这确保了保持装置(这里被实施为支撑柱34)不可能出现意外脱离。由此，完整爆破隔膜26的存在确保了阀瓣28保持打开，并且为制冷剂通过阀腔24的流动提供了相对不受阻的路径，这一直到制冷剂的流动经衰减之后为止。
图2示出了在上述打开和关闭序列之后处于第二状态的图1的组件，其中爆破隔膜26已经破裂，打开了制冷剂容器10的溢出路径。制冷剂气体已经通过由爆破隔膜26的破裂所产生的开口逸出。制冷剂的流动使支撑柱34与阀瓣28脱离，并且瓣阀通过加载弹簧的铰链30对阀瓣28的作用而关闭。在备选实施例中，铰链未装有弹簧，但是阀瓣28是加重的，使得所需的偏置由重力提供。支撑柱34被示为是完整的，尽管在一些实施例中，支撑柱34可以被设计成通过或响应于制冷剂通过阀腔24的流动而断裂或从制冷剂溢出路径中被去除。支撑柱34可以简单地停留在阀腔24的内表面中的凹部中。瓣阀的闭合将在很大程度上阻止制冷剂气体从制冷剂容器10中溢出，并阻止空气进入制冷剂容器10。弹簧偏置的铰链30应该被设计成使得阀瓣28关闭，而制冷剂容器仍然包含超过大气压力的压力，使得阀座32处的较少泄漏不会导致空气进入制冷剂容器，或者制冷剂的大量损失。如果制冷剂容器10内的制冷剂压力再次升高，则压力将作用在阀板44上，并且如果制冷剂压力超过由弹簧铰链30中的张力确定的水平，则使阀板44打开。
我们相信，包含针对MRI成像系统的超导磁体的制冷剂容器通过本发明的组件(如图2所示)能够保持几个星期的密封：在制冷剂达到低得足以冒着超导磁体升温的风险的水平之前，几个星期的时间应该足够用来安排更换爆破隔膜26的服务访问。然而，这假设MRI系统在此期间不运行。通常，如果相关制冷剂容器内的制冷剂气压降到低于大气压加上某一压力(例如0.2psi)，则防止低温制冷机运行。相应地，应选择偏置弹簧30上的张力，来在制冷剂容器内保持比大气压高至少0.2psi的压力。
图3示出了维护过程中的步骤。如上所述，在爆破隔膜26破裂之后，可以将组件22整体移除，并用新的等效组件替换该组件。移除的组件22可以通过替换爆破隔膜26以及重新布置支撑柱34和阀瓣28来修复。备选地，实用性和经济性可能导致组件22被处理成一次性部件。
图4示出了本发明的备选的第二实施例。与图1至图3的布置相同的特征附有相应的参考标记。
组件40包括阀腔24，其在一侧利用爆破隔膜26密封，而在另一侧开放，该另一侧优选地是与爆破隔膜相对的一侧，以连接到进入制冷剂容器10的开口的法兰14。阀组件42被包围在阀腔24内。通过包括致动器46的保持装置，将阀板44保持在远离由安装到阀腔24的内部的弹性密封件32提供的阀座的位置。阀组件42包括阀板44，当由旋转机构50致动时，该阀板44在箭头48的方向上可线性移动。阀组件42包括安装在枢轴54处并且通过连杆56连接到阀板44的凸轮52。凸轮52被附接到弹簧28，该弹簧28可以是恒定张力弹簧，其将凸轮以及从而将连杆56和阀板44朝向阀组件42的关闭位置偏置。致动器46包括锁定销46a，在来自恒定张力弹簧58的弹簧张力下，通过来自凸轮的干扰表面的、在锁定销46a的平面上的摩擦力，将该锁定销46a限制在凸轮52中的凹口46b中的位置。通过致动器46阻止阀组件42朝向其关闭位置移动，致动器46与凸轮52相互作用，以防止凸轮52在恒定张力弹簧58的影响下旋转。提供用于安装和保持阀组件42的各种部件的机械安装框架60。
如上文参考图1所讨论的，爆破隔膜26密封阀腔24并防止制冷剂从制冷剂容器10流出。在由于任何原因而在制冷剂容器内产生过大的制冷剂压力的情况下，爆破隔膜26将破裂，从而打开制冷剂容器10的流出路径，以允许制冷剂逸出，由此限制了制冷剂容器10内的压力。冷却剂经过阀板44的流动在板上施加力，该力超过了由恒定张力弹簧58施加的相反力。这使得阀板在制冷剂流动的方向上移动，进而使得凸轮52稍微旋转，从而将干涉表面从锁定销46a提升。制冷剂通过由破裂的爆破隔膜留下的开口的流动冲击保持装置的致动器46，并使致动器在制冷剂流动的方向上移动离开。另外或者备选地，制冷剂的流动对阀板的压力所引起的凸轮52旋转可以用于将锁定销46a从凹口46b移位，特别是在销具有适当的锥形端的情况下，如图4中所示。
爆破隔膜26的存在以及锁定销46a与凸轮的干涉表面之间的摩擦防止锁定销46a在除了爆破隔膜的破裂的情况以外的时间与凹口46b脱离。在图4所示的布置中，并且优选地，由于致动器46整体的尺寸和定位，在爆破隔膜26保持完整时，锁定销46a无法从凸轮52中的凹口46b脱离并允许阀板44闭合。这确保了保持装置(在这里被实施为凸轮52中的凹口46b和锁定销46a)不可能意外脱离。完整的爆破隔膜26的存在由此确保了阀板44保持打开，并且提供用于使制冷剂流过阀腔24的相对无阻碍的路径，直到制冷剂流动已经衰减之后。
爆破隔膜26的破裂允许制冷剂通过阀腔24流过致动器46。爆破隔膜26的破裂还使得致动器能够在制冷剂流动的方向上移动。致动器46对制冷剂流动的阻抗使得致动器46在制冷剂出口的方向上移动。一旦致动器46移动，凸轮52就在恒定张力弹簧58的偏置下旋转，从而驱动连杆56，连杆56又驱动阀板44与由弹性密封件32提供的阀座接触，如上文参照图2所述。制冷剂从制冷剂容器10通过阀腔的流动可以使阀板44保持打开，直到制冷剂流动已衰减。
图5图示了在上述打开和关闭序列之后处于第二状态的图4的实施例，其中爆破隔膜26已经破裂，打开了制冷剂容器10的出口路径，制冷剂气体通过由爆破隔膜26的破裂产生的开口逸出，并且在致动器46通过制冷剂流动在致动器46上的作用而在制冷剂流动的方向上移动时，阀组件42通过恒定张力弹簧58对凸轮52的作用而闭合。如果制冷剂容器10内的制冷剂压力升高，则压力将作用在阀板44上，并且使得阀板44在制冷剂压力超过由恒定张力弹簧58中的张力确定的水平情况下打开。
在备选的布置中，凸轮50可以直接作用在阀板44上。
通常，如果相关联的制冷剂容器内的致冷剂气体压力降到低于大气压加上某一压力(诸如0.2psi)，则防止低温制冷机运行。因此，应当选择弹簧58、30上的张力，以在制冷剂容器内保持比大气压高至少0.2psi的压力。
图6图示了本发明的备选的第三实施例。与图1至图5的布置相同的特征采用对应的附图标记。
组件70包括阀腔24，阀腔24在一侧密封有爆破隔膜26并且在优选地与爆破隔膜相对的另一侧打开，以连接到进入制冷剂容器10的开口的法兰14。阀组件72被包围在阀腔24内。阀板44通过保持装置84保持在远离阀座的位置，阀座由安装到阀腔24的内部的弹性密封件32提供。阀组件72包括阀板44，阀板44当由线性驱动机构78致动时可在箭头48的方向上线性地移动。阀组件72包括安装在主轴80上的阀板44，阀板44由弹簧82偏置，使得阀板44趋向于朝向由安装在阀腔24的内表面上的弹性密封件32提供的阀座移动。然而，阀组件72通过保持装置84而被保持在打开位置，现在将对此进行描述。
主轴80设置有与适当形状的止动器88相互作用的凹部86。致动器76设置有容纳主轴80和止动器88的部件的凹部90。止动器由弹簧92偏置远离主轴，但是通过致动器76的凹部90而保持与主轴80中的凹部86抵接。阀板44通过止动器88在主轴80的凹部86上的作用而保持在打开位置。机械安装框架60被提供，以用于安装和保持阀组件42的各种部件。
如上文参考图1所讨论的，爆破隔膜26密封阀腔24并防止制冷剂从制冷剂容器10流出。在由于任何原因在制冷剂容器内产生过高的致冷剂压力的情况下，爆破隔膜26将破裂，打开制冷剂容器10的出口路径，以允许制冷剂逸出，从而限制制冷剂容器10内的压力。
爆破隔膜26的破裂允许致动器76在制冷剂流出的方向上移动。实际上，制冷剂通过由爆破隔膜的破裂形成的开口的流出流动在致动器76上施加力，并将止动器88和主轴80从凹部90释放。一旦致动器76移动，止动器88即从凹部86释放，并且在弹簧92的偏置下移动远离主轴80。然后主轴80在弹簧82的偏置下在箭头48的方向上自由移动，直到阀板44搁置在弹性密封件32在阀腔24的内表面上所形成的阀座上。在制冷剂通过由爆破隔膜的破裂形成的开口而流出期间，阀板44可以在制冷剂流动的方向上被制冷剂本身的流动施加力。主轴80中的凹部86的所图示的可选的锥形将有助于止动器88从凹部86移动。实际上，这样的作用本身可能足以确保止动器的脱离，从而无需偏置弹簧92。备选地，可以省略所图示的锥形，并且单独地依赖于偏置弹簧92来确保止动器88的脱离。
仅当制冷剂容器10内的制冷剂压力降低，使得由弹簧82施加的力大得足以克服制冷剂压力施加到阀板44的力时，阀板44才搁置在其阀座上。由弹簧82施加的力应当足以在制冷剂容器内保持超过大气压力的轻微压力。
在图6所示的布置中，并且优选地，由于致动器76整体的尺寸和定位，在爆破隔膜26保持完整时，止动器33从主轴80中的凹部86脱离并且允许阀板44闭合是不可能的。这确保了保持装置(在这里被实施为止动器33、凹部86和致动器76)不可能意外脱离。由此，完整的爆破隔膜26的存在确保了阀板44保持打开，并且提供了用于使制冷剂流过阀腔24的相对无阻碍的路径，直到制冷剂流动衰减。
图7示出了在上述打开和关闭序列之后处于第二状态的图6的实施例，其中爆破隔膜26已经破裂，打开了制冷剂容器10的流出路径，制冷剂气体通过由爆破隔膜26的破裂而产生的开口逸出，并且阀组件72通过偏置弹簧82对阀板44的作用而闭合。如果制冷剂容器10内的制冷剂压力再次升高，则压力将作用在阀板44上，并且使得阀板44在制冷剂压力超过由偏置弹簧82施加的力所确定的水平的情况下打开。
通常，如果相关联的制冷剂容器内的制冷剂气体压力降到低于大气压加上某一压力(例如0.2psi)，则防止低温制冷机运行。因此，应当选择弹簧82上的张力，以在制冷剂容器内保持比大气压高至少0.2psi的压力。
在每个实施例中，阀板不需要完全密封，而应当充分密封，使得在阀板上可以维持0.2-1.0psi的压差，从而在制冷剂容器10内保持正压。这使得低温制冷机能够继续操作，以使制冷器容器保持处于低温，并减少制冷剂由于沸腾而导致的进一步损耗。通常，当制冷剂容器内的压力降到低于气压加0.2psi时，低温制冷机被关闭，以防止空气进入制冷剂容器中。
在所图示的实施例中，图示了凹金属反作用爆破隔膜26。本发明可以同样应用于平板石墨爆破隔膜，平板石墨爆破隔膜本身是常规的。
优选地，通过相对于完整的爆破隔膜26的设计和定位，保持装置被布置为在爆破隔膜26保持完整时防止保持装置脱离。
因此，本发明提供了一种用于封闭进入容器的开口的组件，其中开口由爆破隔膜密封，但是在爆破隔膜由于容器内过大的压力而破裂之后，开口被阀来封闭。在不脱离的本发明的范围的前提下，许多变形对于本领域技术人员将是明显的，本发明的范围由所附权利要求限定。
虽然已经特别地参考制冷剂容器描述了本发明，但是本发明可以应用于其他容器，其中最大压力可以通过使用爆破隔膜来实施，但是其中要避免空气的进入以及容器中的内容物的持续损失。这样的应用可以包括石油和天然气工业中的容器，以及例如在汽车工业中的燃油箱。

Claims (11)

1.一种用于封闭进入容器(10)的开口(12)的组件(22；40；70)，所述组件包括：
-阀腔(24)，在一侧上具有第一开口，并且在另一侧上具有由爆破隔膜(26)封闭的第二开口，所述阀腔(24)除此以外是封闭的，并且当被安装到进入所述容器(10)的所述开口(12)时适合于提供制冷剂紧密封；
-阀(28；42；72)，朝向闭合位置偏置，在所述闭合位置中所述阀封闭所述第一开口；以及
-保持装置(34；46；84)，用于将所述阀保持在打开位置，所述保持装置被布置为使得从所述第一开口通过所述阀腔到所述第二开口的气流起作用，以移动所述保持装置并允许所述阀闭合。
2.根据权利要求1所述的组件，其中所述阀包括朝向阀座(30)偏置的阀瓣(28)。
3.根据权利要求2所述的组件，其中所述保持装置(34)包括支撑柱(34)，所述支撑柱(34)在第一位置中与所述阀瓣(28)接合以将所述阀保持在打开位置，并且在第二位置中不与所述阀瓣接合，从而允许所述阀瓣(28)闭合到所述阀座上。
4.根据权利要求3所述的组件，其中所述支撑柱(34)被设置有帆状物，所述帆状物使所述支撑柱(34)对制冷剂气体从所述第一开口到所述第二开口的流动的阻抗增加。
5.根据权利要求4所述的组件，其中所述帆状物被布置为一旦所述支撑柱(34)已经到达所述支撑柱的第二位置，就从制冷剂的路径分离、分解或偏离。
6.根据权利要求1所述的布置，其中所述阀包括在弹簧(58)的作用下可由凸轮(50)操作的阀板(44)，并且其中所述保持装置(46)包括保持销(46a)，所述保持销干扰凸轮(52)以防止所述阀封闭，所述保持装置被布置为通过制冷剂从所述第一开口到所述第二开口的流动而从对所述凸轮的干扰中移出。
7.根据权利要求6所述的布置，其中所述阀板(44)借助于连杆(56)而可由所述凸轮(50)操作。
8.根据权利要求1所述的布置，其中所述阀包括可由线性驱动机构(78)操作的阀板(44)，所述线性驱动机构(78)包括主轴(80)和弹簧(82)，所述弹簧(82)使所述阀板(44)朝向闭合位置偏置。
9.根据权利要求8所述的布置，其中所述保持装置(84)包括止动器(88)和致动器(76)，所述止动器抵接所述主轴(80)中的凹部(86)，所述致动器(76)包括使所述止动器(88)保持在原位的凹部(90)，所述致动器被布置为通过制冷剂从所述第一开口到所述第二开口的流动而从所述止动器移开。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的组件，其中所述保持装置(34；46；84)被布置为在所述爆破隔膜(26)保持完整时防止所述保持装置脱离。
11.根据权利要求10所述的组件，其中通过相对于完整爆破隔膜(26)的设计和定位，所述保持装置被布置为在所述爆破隔膜(26)保持完整时防止所述保持装置脱离。
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