CN108374983B - 具有温度感测的快速连接流体连接器 - Google Patents

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Abstract

一种快速连接流体连接器，其可拆卸地连接到流体系统，以通过快速连接流体连接器处理进入或来自流体系统中的气体。该快速连接流体连接器包括：一个或多个温度传感器，其可在处理期间感测流体连接器内的气体温度。基于感测到的(一个或多个)温度，如果感测到的温度变得太高，则可产生警报以警告正在进行处理的操作人员和/或自动关闭处理。因此，如果对气瓶处理得太快或者如果处理时间可被缩短，则将警告操作者。

Description

具有温度感测的快速连接流体连接器
技术领域
本公开涉及快速连接流体连接器，其可以用于例如将第一流体系统与第二流体系统连接，以用于在第一流体系统和第二流体系统之间输送气体。快速连接流体连接器包括一个或多个温度传感器，其可以感测流体连接器内的气体温度以指示可能的危险填充或排空状况。
背景技术
快速连接流体连接器经常用于将第一流体系统连接到第二流体系统，以填充或排空第二流体系统。待填充或排空的工作流体通常是气体。第二流体系统可以是气瓶，并且第一流体系统在气体填充操作的情况下可以是气体供应管线，或者在排气操作的情况下可以是气体储存装置。
使用快速连接流体连接器处理气瓶，当使用氧气等氧化气体时会有许多局限。局限中的一个由于气体的绝热压缩和伴随的气体温度升高而发生。如果操作者太快地填充气瓶，或者如果移动的流体突然停止，则在流体连接器和气瓶中可能发生工作流体的绝热压缩和潜在危险的温度升高。
根据运动中的气体的压力和体积，可以实现很大程度的绝热压缩，使得对应的温度升高可以点燃流体连接器中的与流体流接触的材料或污染物，如O形环密封件或一般的尘垢。温度升高在利用非金属密封件如橡胶O形环的流体连接器中尤其成问题，因为温度可能达到橡胶材料的自燃温度。因此，如何使用快速连接流体连接器来快速填充气瓶存在局限，因为需要操作者小心谨慎并且操作者不知道在填充过程期间是否会由于填充速度产生危害，从而使一些气瓶只能是比最大允许速度更慢地填充。
发明内容
描述了快速连接流体连接器，其可拆卸地连接到流体系统，以通过快速连接流体连接器处理进入或来自流体系统的气体。快速连接流体连接器包括一个或多个温度传感器，其可在处理期间感测流体连接器内的气体温度。基于感测到的(一个或多个)温度，如果感测到的温度变得太高，则可产生警报以警告正在进行处理的操作人员和/或自动关闭处理。因此，如果对气瓶处理得太快或者如果处理时间可被缩短，则将警告操作者。因此，与没有温度感测的常规快速连接流体连接器相比，可以更快且更安全地执行气瓶处理。
(一个或多个)温度传感器可位于流体连接器内的许多位置。在一个实施例中，(一个或多个)温度传感器位于流体连接器中的这样一个位置处，其中气体在处理期间的绝热压缩可能导致气体的温度升高。可以使用一个温度传感器，或者可以在流体连接器中的不同位置处使用多个温度传感器。
(一个或多个)温度传感器优选地定位成能在处理期间与气体紧密接触。由与被处理气体相容的材料制成的护套保护温度传感器并防止对经处理气体的污染。
在一个实施例中，快速连接流体连接器可拆卸地连接到流体系统以通过快速连接流体连接器来处理进入或来自流体系统的气体，包括连接机构，该连接机构具有连接位置以将快速连接流体连接器可拆卸地连接到流体系统，和断开位置以将快速连接流体连接器与流体系统断开。致动器连接到连接机构，以在断开位置和连接位置之间致动连接机构。气体流路通过快速连接流体连接器形成，以在处理进入或来自流体系统中的气体时，使气体流动通过。另外，温度传感器设置在气体流路中，使得在使用快速连接流体连接器期间，当快速连接流体连接器连接到流体系统并处理进入或来自流体系统中的气体时，温度传感器与气体流路中的气体紧密接触以感测气体的温度。温度传感器包括温度感测元件或机构以及将温度感测元件与气体流路中的气体分离的护套。
在另一个实施例中，通过快速连接流体连接器来处理进入或来自流体系统的气体的方法包括：将快速连接流体连接器连接到流体系统，以通过快速连接流体连接器的气体流路处理进入或来自流体系统的气体。当通过快速连接流体连接器处理进入或来自流体系统的气体时，使用气体流路中的温度传感器来感测气体的温度，温度传感器与气体紧密接触。
附图说明
图1是本文描述的连接到气瓶阀的示例性快速连接流体连接器的纵向横截面图。
图2是类似于图1的视图，但是其中示例性快速连接流体连接器与阀断开。
图3是包括在图2中的圆圈3内的部分的详细特写图。
图4是类似于图3的详细视图，示出在使用本文描述的快速连接流体连接器进行气体填充处理操作期间的气流。
图5示意性地示出可使用本文描述的温度感测来实现的智能控制系统的示例。
图6是本文描述的快速连接流体连接器的另一个实施例的纵向横截面图，该快速连接流体连接器具有位于活塞端部的温度传感器。
图7是类似于图3的详细的特写图，但是示出温度传感器的另一个实施例。
具体实施方式
本文描述的快速连接流体连接器用作填充管线和气瓶之间的机械地和流体地连接，其中快速连接流体连接器可在处理操作(诸如气瓶的气体填充和/或排空)中使用。快速连接流体连接器包括一个或多个温度传感器，其可在处理期间感测流体连接器内的气体温度。为了便于解释本文描述的概念，本文描述并示出快速连接流体连接器的具体示例。然而，本文描述的概念可用在可能希望用于气体处理(填充和/或排空)的任何其他类型的快速连接流体连接器上。
首先参照图1和图2，其示出示例性快速连接流体连接器10以及气瓶阀12。流体连接器10的整体结构和操作类似于在气体填充工业中使用的且可从明尼苏达州罗斯维尔市的FasTest公司获得的快速连接流体连接器。另外，关于这种类型的类似流体连接器及其操作的进一步信息可在美国专利8844979中找到，该专利的全部内容通过引用并入本文。
气瓶阀12在结构上是常规的，并且附接到形成流体系统的气瓶100(在图5中示意性地示出)，该气瓶100待填充气体，包括但不限于氧气、氩气、氦气、氢气、氮气、氖气、氪气、氙气和其它气体，并且在涉及气体的填充和/或排空处理期间使用流体连接器10。阀12控制气体进出气瓶100。
流体连接器10具有合适的连接装置14，该连接装置14可被致动以实现与气瓶阀12的端口16的临时密封连接，气体通过气瓶阀的端口16被引入气瓶或从气瓶排出。端口16的内(或外)表面设置有螺纹或其他常规结构，以用于与连接器10的连接装置14接合，以便提供流体连接器10和阀12之间的机械连接。合适的连接装置14的示例包括但不限于：可与端口16的内螺纹接合的外螺纹夹头(如本文附图中所示和美国专利8844979中所述)；可与端口16上的外螺纹接合的内螺纹夹头(如美国专利8844979中所述)；非螺纹夹头，类似于美国专利5507537中所述的连接装置，类似于美国专利5343798中所述的连接装置，类似于美国专利4921282中所述的连接装置以及本领域已知的其它类型的连接装置。下面将进一步详细描述以外螺纹夹头形式的连接装置14的具体示例。
连接装置14由本领域已知的合适的手动致动装置18致动以实现连接和断开。在图1所示的示例中，致动装置18包括手柄，例如提环手柄(bail handle)。然而，可使用本领域已知的其他类型的手动致动装置18，诸如杠杆。另外，可使用本领域中已知的电动或流体致动的致动机构。
继续参照图1和图2，将描述流体连接器10的进一步的细节。除了形成连接机构14的连接装置14和形成致动器18的一部分的致动装置18之外，流体连接器10通常还包括限定纵向轴线的圆柱形外套筒20、主体22和活塞24，其中致动器18连接到连接机构14以致动连接机构14。关于套筒20、主体22、活塞24、连接装置14(外螺纹夹头和内螺纹夹头两者)以及致动装置18的进一步的信息可在美国专利8844979中找到，该专利的全部内容通过引用并入本文。
主体22是圆柱形构件，并且至少部分地设置在套筒20中并由套筒20围绕。接头(nipple)26固定到主体22，该主体22限定流体端口并突出超过圆柱形套筒20的外部。主体22和套筒20可平行于纵向轴线相对于彼此滑动。主体22限定流体通路28，流体通路28与接头26的流体通路30流体连通，使得气体可在接头26和流体通路28之间流动。
活塞24是至少部分地设置在主体22内的圆柱形构件，并且活塞24可平行于纵向轴线相对于主体22滑动。活塞24限定流体通路32，该流体通路32从一端延伸通过到另一端并与主体22的流体通路28流体连通。流体通路28、30、32限定用于处理期间气体通过流体连接器10的气体流路。如美国专利8844979中所述，弹簧(未示出)作用在活塞24上，以沿朝向图1和2中的右侧即朝向阀12的方向偏压活塞24。
连接机构14被示出为包括安装在主体22上并围绕活塞24的端部的多个夹头40。各夹头40可从收缩或断开位置(在图2中示出)致动到连接至端口16的扩展或连接位置(在图1示出)。夹头40的外表面形成有外螺纹42，该外螺纹42借助形成在端口16的内表面上的内螺纹44(参见图1)实现夹持。夹头40的这种结构和操作是常规的，并且将由本领域的普通技术人员很好地理解。
致动器18将夹头40从收缩或断开位置致动到图1所示的扩展或连接位置。致动器18在结构和操作上可与美国专利8844979中所述的致动机构类似。
参照图1和图2，活塞24的前端包括密封件50，该密封件50经配置在连接时与端口16的内表面密封。另外，密封件52位于活塞24的外表面和主体22的内表面之间。
流体连接器10包括至少一个温度传感器，其可在处理期间感测流体连接器10内的气体温度。(一个或多个)温度传感器可位于流体连接器10上的任何位置，使得(一个或多个)温度传感器能够感测流体连接器10中的气体温度。(一个或多个)温度传感器可具有允许其感测流体连接器10中的气体温度的任何结构。
参照图1和图2，示例性温度传感器60被示出为处于流体连接器10的后部处的一个可能的位置。在该示例中，流体通道62从流体通路28朝向流体连接器10的后部延伸。流体通道62形成通过流体连接器10的流路的死端(dead-end)部分。温度传感器60被设置成与流体通道62以及其中包含的任何气体直接流体连通。
图3示出温度传感器60的细节。垂直端口64形成在主体22的后端中，大致平行于接头26并平行于流体通路30。端口64延伸到流体通道62并与其流体连通。传感器60可包括温度感测元件66、护套68和在温度感测元件66和护套68之间的传热化合物70。
温度感测元件66可具有适合于感测温度的任何结构，诸如一对热电偶丝或电阻式温度检测器(RTD)元件。如下面进一步详细描述的，温度感测元件66可连接到控制器以解释来自温度感测元件66的信号，并由此测量气体的温度。
护套68围绕温度感测元件66并将温度感测元件66与气体分离。护套68由与流动通过流体连接器10的气体相容的材料制成。护套材料的示例可包括但不限于：不锈钢和黄铜。护套68是“杯形”装置，具有封闭端72、开口端74和周向凸缘76，封闭端72设置在端口64中并面向流体通道62，温度感测元件66延伸通过的开口端74，周向凸缘76在封闭端72和开口端72之间。凸缘76与设置在端口64内的密封件78(诸如弹性体O形环密封件)接合，以在护套68和端口64之间密封并防止气体通过端口64逸出。护套68可通过任何合适的固定装置(包括但不限于过盈配合、粘合剂，或者可将护套68拧入端口64中)在端口64内固定到主体22。
传热化合物70填充护套68的内表面和温度感测元件66之间的空间，以消除空气间隙并使护套68和温度感测元件66之间的热传递最大化。传热化合物70是能够快速且有效地在暴露于气体的护套68和温度感测元件66之间提供热连接的任何材料，以将热量传递到温度感测元件66。传热化合物70的示例可以包括但不限于：金属诸如银，以及非金属诸如硅酮、树脂和环氧化物。
在图7所示的替代实施例中，单独的护套68被消除。相反，护套68'通过主体22的突出部整体地形成为主体22的一部分，其中突出部形成在端口64中并朝向流体通道62延伸。温度感测元件66和传热化合物70以类似于上面关于图3所讨论的方式设置在护套68'中。该护套68'的功能类似于护套68，通过遮蔽温度感测元件66而避免与气体直接接合，并且将来自气体的热量经由传热化合物70传递到温度感测元件66。然而，通过使护套68'整体形成作为主体22的一部分，消除了对图3中使用的密封件78的需求。
回到图1和图2，图1和图2所示的温度传感器60的位置具有许多优点。例如，温度传感器60处于流动通过连接器10的气体发生绝热压缩的位置。另外，温度传感器60位于接头26的后面，从而受到接头26的保护，并且温度传感器60位于相对容易进入以进行安装和维修的区域中。
然而，温度传感器60也可位于流体连接器10上的其他位置处，和/或流体连接器10可包括附加的相同或不同的温度传感器。例如，参照图2，温度传感器60a可位于接头26上，以感测流体通路30中的气体温度。另外，温度传感器60b可在接头26前面位于主体22上，以感测流体通路28中的气体温度。另外，温度传感器60c可位于阀12上的端口16中以感测气体温度。
在图6所示的另一个实施例中，温度传感器60d可位于流体连接器10的前部，例如位于活塞24的前端。一根或多根导线80可从温度传感器60d通过活塞24，并从流体连接器10延伸到控制器。附加温度传感器60a、60b、60c、60d等可具有与图3和图7中的温度传感器60相同或不同于温度传感器60的结构。
两个或更多个温度传感器60的使用提供了许多优点。例如，可以通过测量流体连接器中的两个或三个位置之间的温差，来确定流体连接器10中是否存在气体泄漏。两个或更多个温度传感器60还能在温度传感器60中的一个出现故障的情况下提供冗余。另外，可以形成利用基于传感器测量的投票(voting)的控制机制，即，利用奇数个温度传感器测量相同的事件，多数者胜利；如果一个传感器持续测量的结果不同，则可能触发维修警报等。
图4示出在使用图1至图3的快速连接流体连接器和温度传感器60进行气瓶填充处理操作期间的气流的示例。流体连接器10首先被连接到端口16，并且高压气流开始。气体经由流体通路30流入到接头26中，然后进入流体通路28中。然后，大部分气体将流动通过活塞的流体通路32并最终进入被填充的气瓶中。流动的气体中的一些进入流体通道62并在那里“死亡(dead end)”。当高压气体“死亡”时，将发生气体压缩。当发生气体压缩时，由于流体压缩而导致温度将升高。温度升高将渗透护套68的整个材料物质，并且温度传感器60将感测到温度升高。如果感测到危险的温度条件，则将感测到所得到的温度升高，并可记录任何潜在危险的快速温度升高且发出警报。
图5示意性地示出可使用具有本文描述的温度感测的流体连接器10来实现的智能控制系统110的示例。流体连接器10与智能控制系统110整体形成，以向操作者提供流体连接器10的正确使用的适当指示，诸如视觉、听觉、触觉等，和/或可记录温度测量值以供以后使用。
例如，温度传感器60可连接到控制器112，该控制器112接收来自温度传感器60的温度感测元件的读数并将该读数解释为温度测量值。然后，控制器112可将温度测量读数存储在数据库中以供以后分析或回顾。另外，控制器112可启动视觉和/或声音警报114以指示流体连接器10中的可能的危险温度状况。另外，控制器112可连接到气体供应或储存器116，并且如果感测到危险的温度状况，则可自动地减慢气体的流动或自动地终止来自气体供应或储存器116或到其中的气体的流动。
本申请中公开的示例在所有方面都被认为是说明性的而不是限制性的。本发明的范围由所附权利要求而不是由前面的描述来指示；并且在权利要求的等同含义和范围内的所有改变都旨在包括在其中。

Claims (9)

1.一种快速连接流体连接器，其可拆卸地连接到流体系统，以通过所述快速连接流体连接器来处理进入或来自所述流体系统中的气体，包括：
连接机构，其具有连接位置以将所述快速连接流体连接器可拆卸地连接到所述流体系统，和断开位置以将所述快速连接流体连接器与所述流体系统断开；
致动器，其连接到所述连接机构，以致动所述连接机构在所述断开位置和所述连接位置之间切换；
气体流路，其通过所述快速连接流体连接器，以在处理进入或来自所述流体系统中的所述气体时，使气体流动通过；以及
温度传感器，其设置在所述气体流路中；
温度传感器包括温度感测元件和将所述温度感测元件与所述气体流路中的所述气体分离的护套，其中，在使用所述快速连接流体连接器期间，当所述快速连接流体连接器连接到所述流体系统并处理进入或来自所述流体系统中的气体时，所述温度传感器与所述气体流路中的气体紧密接触；
其中，所述连接机构位于所述快速连接流体连接器的第一端处，并且所述温度传感器位于所述气体发生绝热压缩的位置处，在所述快速连接流体连接器的与所述第一端相对的第二端附近。
2.根据权利要求1所述的快速连接流体连接器，其中所述气体流路包括死端部分，并且所述温度传感器位于所述死端部分处。
3.根据权利要求1所述的快速连接流体连接器，其中所述温度传感器进一步包括在所述温度感测元件和所述护套之间的传热化合物。
4.根据权利要求1所述的快速连接流体连接器，进一步包括第二温度传感器，所述第二温度传感器设置在所述气体流路中，使得在使用所述快速连接流体连接器期间，当所述快速连接流体连接器连接到所述流体系统并处理进入或来自所述流体系统中的气体时，所述第二温度传感器与所述气体流路中的气体紧密接触；以及
所述第二温度传感器包括第二温度感测元件和将所述第二温度感测元件与所述气体流路中的所述气体分离的第二护套。
5.根据权利要求1所述的快速连接流体连接器，进一步包括：限定所述气体流路的第一部分的活塞、围绕所述活塞的主体、以及连接到所述主体且限定所述气体流路的第二部分的接头；所述第一部分基本上垂直于所述第二部分；并且所述温度传感器被定位成相对于所述第一部分而言更靠近所述第二部分。
6.根据权利要求5所述的快速连接流体连接器，其中所述护套与所述主体分离或者与所述主体整体形成。
7.一种通过快速连接流体连接器来处理进入或来自流体系统的气体的方法，其包括：
使用连接机构将所述快速连接流体连接器连接到所述流体系统，以通过所述快速连接流体连接器的气体流路处理进入或来自所述流体系统的所述气体；以及
当通过所述快速连接流体连接器处理进入或来自所述流体系统的所述气体时，使用所述气体流路中的温度传感器来感测所述气体的温度，所述温度传感器包括温度感测元件和将所述温度感测元件与所述气体流路中的所述气体分离的护套，其中，所述温度传感器与所述气体流路中的气体紧密接触，以及其中，所述连接机构位于所述快速连接流体连接器的第一端处，并且所述温度传感器位于所述气体发生绝热压缩的位置处，在所述快速连接流体连接器的与所述第一端相对的第二端附近。
8.根据权利要求7所述的方法，其包括在所述气体流路的死端部分处感测所述气体的所述温度。
9.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括：
当通过所述快速连接流体连接器处理进入或来自所述流体系统的所述气体时，使用所述气体流路中的第二温度传感器来感测所述气体的温度，所述第二温度传感器包括第二温度感测元件和将所述第二温度感测元件与所述气体流路中的所述气体分离的第二护套，其中，所述第二温度传感器与所述气体流路中的气体紧密接触。
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