CN110945278B - 带有残余压力功能的紧凑气体瓶阀 - Google Patents

带有残余压力功能的紧凑气体瓶阀 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种气体瓶阀(2)，其包括具有入口(18)、出口(40)和使所述入口和出口流体互连的通道(20)的主体(4)；关闭装置(22)，其具有形成在通道(20)中的座(26)和沿纵向轴线(7)可移动以与所述座配合的闸门(24)；心轴(12)，其沿纵向轴线(7)可旋转地安装在主体(4)上，并与闸门(24)配合，例如以便在所述心轴旋转时移动所述闸门；流体地位于关闭装置(22)的下游的残余压力装置(28)，具有在通道(20)中形成的座(32)和可沿横向轴线(38移动的柱塞(30)。闸门(24)和柱塞(30)中的至少一个示出容纳所述闸门和柱塞中的另一个的凹部或开口(24.4)。

Description

带有残余压力功能的紧凑气体瓶阀
技术领域
本发明涉及用于压缩气体的阀的领域，尤其是用于气体瓶的阀的领域。
背景技术
公布为US 2012/00118402A1的现有技术专利文献公开了一种带有手动关闭装置和残余压力装置的气体瓶阀。关闭装置包括与形成在阀体内的座配合旋转和平移的闸门。闸门的移动通过安装在旋转心轴上的手轮的旋转来操作。心轴与闸门旋转接合，而所述闸门与主体螺纹接合。因此，心轴的旋转引起闸门的旋转，然后闸门不仅旋转而且还平移运动。残余压力装置流体地布置在关闭装置的下游。它包括柱塞，该柱塞具有主要部分和前部，其构造成与形成在主体中的座密封地配合，并与阀的气体出口直接连接。柱塞被弹簧推向所述座，以关闭通道。当关闭装置打开时，气压在柱塞的主要部分周围积聚并在其上施加力，这由于靠在座上的前部的垫圈和与主体中的孔滑动配合的主要部分的垫圈之间的横截面差异引起的。当入口压力高于通常在1至10bar之间的预定值时，该合力抵消弹簧的力并使柱塞运动。这意味着仅当气体从瓶中流出时，阀门才打开。当瓶变空时，一旦压力下降到上述预定值，残余压力装置就不再打开，从而避免了瓶内部与周围空气流体接触。这避免了瓶的污染。
上述装置的气体出口还用于重新填充气体瓶。为了避免任何未经授权的再填充，残余压力装置的柱塞包括气体通道，该气体通道将气体出口与由柱塞的背面形成的腔室互连。如果使用不合适的配件为气体瓶补充，由于主要部分和前部之间的横截面不同，补充压力会在柱塞背面的腔室中累积，从而在柱塞上产生力，将柱塞推向座。补充压力越高，柱塞上将其推向座的力就越大。为了给气体瓶补充，需要特殊的配件才能将柱塞机械地移动到打开位置。最后，特殊配件包括特殊销。
在以上教导中，柱塞可沿着与闸门可沿其移动的纵向轴线垂直的横向轴线移动。残余压力装置位于闸门的侧面，导致主体中的大体积部分用于容纳所述装置。主体由黄铜整体形成。主体的成本是这种阀的生产成本的重要部分。因此，在主体中设置的用于容纳残余压力装置的大体积部分导致大量的额外成本。另外，与串联构思相比，用于生产偏移钻孔的机器通常更昂贵(即，容纳残余压力装置的出口位于关闭装置旁边并在包括阀的纵向轴线的平面中对齐的位置)，使得不仅材料而且几何形状都导致大量的额外成本。
公布为DE 101 37 361 C1的专利文件公开了一种类似于上述教导中的一种的气体瓶阀。与上述教导相反，残余压力装置相对于纵向轴线位于关闭装置的座下方。这允许减小大体积部分的尺寸，但是增加了主体的高度。然而，增加的主体高度导致减小的侧面冲击阻力，而认证标准要求这种阻力。换句话说，这种设计无助于减少形成主体的材料量。
发明内容
技术问题
本发明的技术问题是克服以上引用的现有技术的至少一个缺点。更具体地说，本发明的技术问题是提供一种具有关闭装置和残余压力装置的阀，该阀示出减少的用于主体的阀的材料(例如黄铜)的量，以及紧凑的设计，该阀具有由于其刚度高，因此对侧面冲击载荷具有很高的抵抗力。还需要对阀体进行简单的机械加工和去毛刺。由于存在许多不同类型的具有不同的密封构思的出口连接件，因此该解决方案需要涵盖内部圆锥密封构思和面垫圈，这在现有技术的质量流量有限的直列构思中是不可能的。
技术方案
本发明涉及一种气体瓶阀，其包括具有入口、出口和使所述入口和出口流体地互连的通道的主体；关闭装置，其具有在通道中形成的座和可沿纵向轴线移动以与所述座配合的闸门；心轴，其沿纵向轴线可旋转地安装在主体上，并与闸门配合，例如以在所述心轴旋转时移动所述闸门；流体地位于关闭装置下游的残余压力装置，具有形成在通道中的座和可沿横向轴线移动的柱塞；其中，闸门和柱塞中的至少一个具有容纳所述闸门和柱塞中的另一个的凹部或开口。
根据优选实施例，柱塞的横向轴线与闸门的纵向轴线交叉或与所述轴线相距与闸门相对(vis-a-vis)的柱塞的直径的一半或更小。
根据优选实施例，闸门包括与心轴接合的第一端、具有用于与关闭装置的座配合的密封装置的第二端以及在所述第一端与第二端之间延伸的中间细长部分。
根据优选实施例，闸门的中间细长部分示出了容纳柱塞的开口。
根据优选实施例，所述开口沿着所述闸门的纵向轴线是椭圆形的，以允许所述闸门沿着所述轴线的运动。
根据一优选实施例，闸门的中间细长部分通常是平坦的，具有至少一个主面和至少一个弧形侧面滑动地容纳在主体的纵向孔中。有利地，闸门的细长部分包括两个相对的主面和/或两个相对的弧形侧面。
根据一优选实施例，闸门的中间细长部分的至少一个主面与主体上的平坦面滑动接触，以防止所述闸门的旋转。平坦面可以由套环形成，或由插塞形成，即没有套环。
根据优选实施例，柱塞包括以气密方式与残余压力装置的座配合的前部，以及与前部相比直径增大的后部，所述后部包括垫圈，其滑动地容纳在形成于安装在主体上的插塞中的孔中，与闸门滑动接触的平坦面由所述插塞支撑。
根据优选实施例，与闸门滑动接触的平坦面由由插塞支撑的套环形成。
根据优选实施例，闸门的中间细长部分的平均直径小于第一和第二端中的至少一个的平均直径。
根据优选实施例，闸门的中间细长部分在与闸门相对的柱塞的整个直径上延伸。
根据优选实施例，柱塞中的凹部沿着横向轴线延伸，以便沿着所述柱塞的行程容纳闸门的中间细长部分。
根据优选实施例，柱塞中的凹部示出的径向深度大于所述柱塞的直径的四分之一。
根据优选实施例，柱塞包括主要部分和与该主要部分相比直径减小的前部，所述前部以气密方式与残余压力装置的座配合，凹部设置在主要部分中。
根据优选实施例，主要部分包括与前部相对的后端，一垫圈与主体中的孔滑动配合，以便在所述端部和所述前部之间形成用于气体的腔室，以使柱塞抵抗弹性力远离残余压力装置的座运动。
本发明的优点
本发明特别令人感兴趣，因为它提供了一种具有截止功能和残余压力功能的阀，其中，主体通过直径和高度示出体积显著减小，因此质量显著减小，并且刚度同时增大。因此，这种阀的生产成本降低了，特别是当主体由诸如黄铜的材料制成时，由于铜的大量使用，相对于阀的总生产成本而言，这种阀的生产成本很高。该阀也更紧凑，这对于可用空间有限的应用可能是有利的。对于高度有限的气体瓶，例如用于医疗用途(例如氧气)并容纳在保护盖中的气体瓶，情况就是如此。同样，本发明还具有使关闭装置的纵向轴线和残余压力装置的横向轴线彼此接近或什至交叉的效果，从而避免了在容纳关闭装置的孔与容纳残余压力装置的孔的交叉处出现尖锐的边缘。一般而言，这些轴线之间的偏移需要对每个孔进行进一步的加工操作，以充分连接阀体内的两个通道。此外，与串联设计相比，偏移设计导致压力加载表面增加，并最终导致阀体壁厚增加。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施例的阀的前视图；
图2是图1的阀的11-11截面图；
图3是图2的阀的III-III截面图；
图4是图3中的阀的IV-IV截面图；
图5对应于图3，其中关闭装置处于打开位置；
图6是根据本发明的第二实施例的阀的前视图；
图7是图6的阀的VII-VII截面图；
图8是图7的阀的VIII-VIII截面图，其垂直于图7的截面图；
图9是图8中的阀的IX-IX截面图。
具体实施方式
图1-5示出了根据本发明的第一实施例的气体瓶阀。更具体地，图1是阀的平面图，图2至图4是处于关闭状态的阀的不同截面图，图5是与图3相对应的截面图，但是阀处于打开状态。
在图1中，阀2包括主体4，该主体有利地是整体的，并且优选地通过锻造由黄铜制成。主体4沿着纵向方向6延伸。它包括锥形螺纹基部8，该锥形螺纹基部8设计用于安装在气体瓶的套环中并形成阀的气体入口。主体4还包括出口部分10。心轴12通过螺母14沿着纵向轴线7安装在主体4的顶部上。压力释放装置16安装在主体4上。
图2是图1的阀的截面图ll-ll。主体4的带螺纹基部8形成了阀门2的气体入口18，主体4包括形成在其中的气体通道20，所述气体通道20互连气体入口18和在出口部分10中的气体出口。
压力释放装置16包括承载爆破片的环形构件16.1；螺纹套筒16.2，其接合在主体4上并且以气密方式将环形构件16.1压在主体4上形成的座上。盖16.3可以设置在压力释放装置16的出口上，即在螺纹套筒的出口上。爆破片与形成在主体4中的气体通道20直接接触。如果气体瓶中的压力以及因此爆破片上的压力增加到预定水平，则所述爆破片将爆裂并通过套筒16.2将压力释放到阀外部。
阀2包括位于压力释放装置16下游的关闭装置22，该关闭装置主要包括沿纵向方向可移动的闸门24和座26。
图3是图1的阀的截面图，其平行于图1的平面并且垂直于截面II-II。
如图3中清楚可见的，闸门24包括第一左手外螺纹端24.1，其例如是细长的并且与心轴12配合以致动闸门沿轴线7的纵向平移。例如，第一端24.1形成与形成在心轴12中的左手阴螺纹啮合的螺柱。闸门24还包括具有密封装置的第二端24.2，第二端24.2与第一端24.1相对并与座26配合。例如，座26直接形成在主体4中，并通过用于气体的通道20穿过。
如图3中清楚可见的，阀2还包括残余压力装置28，该残余压力装置主要包括与座32配合的柱塞30，该柱塞由弹簧34推向所述座32，该弹簧靠在例如通过螺纹接合安装在主体4上的插塞36上。柱塞30沿着横向轴线38延伸穿过形成在闸门24的中间细长部分24.3中的开口24.4，所述部分在第一端24.1和第二端24.2之间延伸。
残余压力装置28流体地布置在关闭装置22的下游。柱塞30包括与座32配合的前部30.1。座由与出口部分10中的阀出口40直接连通的通道20穿过。例如，前部30.1包括容纳在外部圆形凹槽中的垫圈，并且以气密方式与座32接合，从而相对于阀出口40封闭通道20。后部30.2以气密方式滑动地接收在形成在插塞36中的孔中。后部30.2可以包括容纳在外部圆形凹槽中的垫圈，所述垫圈接触插塞36中的孔。在与孔的气密接触的高度处的后部30.2的有效直径大于在与座32的气密接触的高度处的前部30.1的有效直径。在柱塞30周围的腔中没有压力的情况下，弹簧34将柱塞30推向座32，以关闭通道。当关闭装置22打开时，气体从瓶流到柱塞30周围的腔，并且所述腔中的压力增加。由施加到由后部和前部30.2和30.1的有效直径限定的环形表面上的气体的压力所产生的偏压力被施加到柱塞上，从而使所述柱塞克服弹簧34的弹性力从座32移开并打开通道。打开残余压力装置所需的压力可以在1至10巴之间。
仍然参考图3，柱塞包括通道30.3，该通道是轴向延伸的且将前部30.1的前表面与由后部30.2和插塞36的孔界定的腔室连接。在操作中，当气体瓶中的压力下降到低于预定水平以打开残余压力装置，所述装置保持关闭。如果出口部分10连接到气体补充源，则补充压力将在由后部30.2和插塞36的孔界定的腔室中建立，然后将在柱塞上施加力，将所述柱塞推靠在座上32。
当围绕柱塞30的腔中的压力高于预定水平时，由于经过座32时的压降，柱塞保持在打开位置。
图4是图3的IV-IV截面图。显然，闸门24，更具体地说是闸门24的中间细长部分24.3通常是平整的，并且包括两个相对的侧面24.5，它们示出与主体4的相应弯曲腔滑动接触的弯曲的轮廓。更具体地，弯曲轮廓是弧形的并且该腔示出圆形截面。闸门24的中间细长部分24.3还包括两个相对的主面24.6，其中所述面之一通常是平坦的并且与主体的腔中的引导表面滑动接触，以防止所述闸门的旋转。引导表面有利地由由插塞36支撑的套环42形成。套环42避免了闸门24围绕纵向轴线7的旋转自由度，并且沿着其横向轴线38同时地引导柱塞30。套环42可以示出L形的横截面，其中L形的径向延伸的翼部形成了引导表面。Z形也是可能的，其增加了柱塞30的引导长度。
图5对应于图3，但是阀处于打开状态。心轴12已经旋转，以使闸门24远离座26运动，从而打开气体通道20。在存在于柱塞30周围的腔中的气压下，使所述柱塞远离座32运动并打开具有出口40的气体通道。参照图2，有利地，闸门中的开口24.4在纵向方向上是椭圆形的，以便允许闸门在其行程上纵向运动而不接触柱塞30。
返回参考图4，我们可以观察到残余压力装置28的柱塞30的轴线38与关闭装置的闸门24的纵向轴线7相交。这在图2中也是明显的。这意味着主体4不再需要现有技术中的大体积的侧向部分。因此，可以在所需材料例如黄铜的质量方面优化主体4。另外，阀2示出紧凑的设计，其与材料的增加无关，对于提供有限的体积并且出于安全原因需要高的抵抗侧面冲击载荷的应用是有利的。同样，通过容纳所述关闭装置的闸门的腔自动实现所述关闭装置与所述残余压力装置之间的流体连接。在现有技术中，通常通过将用于容纳关闭装置的纵向孔与用于容纳残余压力装置的横向孔交叉来实现这种连接。加工这些孔通常需要检查，并可能清除这些孔交叉处产生的毛刺。
图6至9示出了根据本发明的第二实施例的气体瓶阀。更具体地，图6是阀的平面图，图7至图9是处于关闭状态的阀的不同截面图。在此使用第一实施例的附图标记表示相同或相应的元件，但是这些数字增加了100。关于第一实施例，也参考这些元件的描述。
在图6中，类似于图1中所示的阀，阀102包括具有纵向轴线106的主体104、入口部分108、出口部分110、由螺母114保持的心轴112和压力释放装置116。心轴112沿着纵向轴线107延伸，该纵向轴线107例如不同于主体104的纵向轴线106。
图7是图1中的阀的VII-VII截面图。类似于图2中的图示，阀102包括基本由闸门124和座126组成的关闭装置122，该闸门124可沿纵向轴线107移动以与座126配合。更具体地，闸门124包括与心轴112配合的第一端124.1、具有与座126配合的密封装置的第二端124.2和中间细长部分124.3。例如，第一端124包括与主体104中的相应内螺纹接合的外螺纹，以及接收心轴112的相应非圆形端的非圆形腔。因此，心轴112与闸门124的旋转接合，而所述闸门可相对于心轴112纵向移动。换句话说，心轴112的旋转将引起心轴124的旋转，所述旋转由于第一端124.1与主体104的螺纹接合而引起平移。
与第一实施例的阀类似，阀102还包括残余压力装置128，该残余压力装置在图7中仅部分可见。残余压力装置128包括柱塞130，该柱塞可沿轴线138滑动且凹进以容纳闸门124的中间部分124.3。
图8是图7中的阀的VIII-VIII截面图，其平行于图6的平面并且垂直于VII-VII截面。图8中示出的截面包括残余压力装置128的柱塞130的横向轴线138。类似于第一实施例，残余压力装置128流体连接在关闭装置和出口140之间。柱塞130包括前部130.1，该前部以气密方式与残余压力装置128的座132配合。柱塞130还包括主要部分130.2，该主要部分的后端以气密方式可滑动地接收在形成于主体中的孔中，例如在安装在主体104上的插塞136中。与孔以气密方式配合的后端的有效直径大于以气密方式与座132配合的前部130.1的有效直径。因此，当围绕柱塞130的腔中的压力达到预定水平时，柱塞130上的合力使所述柱塞远离座132抵抗弹簧134的弹性力以便打开具有出口140的通道。类似于第一实施例，柱塞130可包括中心通道130.3，该中心通道使柱塞的前部130.1上的前表面与柱塞的主要部分130.2的后端上的后表面流体地互连。
图9是图8的IX-IX截面图。显然，柱塞130示出了在主要部分130.2上的一凹部130.4，提供了容纳闸门的中间细长部分124.3的空间。显然，凹部130.4有利地沿着柱塞130的轴线138是伸长的，以便允许柱塞130可操作地平移而不会干扰闸门。有利地，形成在柱塞中的通道130.3具有减小的直径，以便提供足够的用于加工凹部的普通材料而不会干扰所述通道。
如在图9和图7中显而易见的，关闭装置的轴线107远离残余压力装置的轴线138。但是，这些轴线彼此靠近，这基本上要归功于柱塞130中的凹部130.4和容纳闸门的中间细长部分124.3。因此，该布置以实质方式减小用于容纳残余压力装置的主体中的大体积部分的尺寸和体积。例如，参照图7和图9，主体104示出了两个非常有限的大体积区域，即围绕柱塞130的第一区域(图7)和围绕闸门124的第二区域(图9)。因此，与现有技术相比，该主体示出减小的体积。阀门也更紧凑。与第一实施例类似，使残余压力装置和关闭装置彼此靠近也提供了在主体的机加工过程中的优点，因为在关闭装置和残余压力装置之间的流体连通容易提供，而在容纳关闭装置的纵向孔和容纳残余压力装置的横向孔之间没有锐角的交叉。

Claims (15)

1.一种气体瓶阀(2；102)，包括：
-主体(4；104)，具有入口(18；118)、出口(40；140)和流体地互连所述入口和出口的通道(20；120)；
-关闭装置(22；122)，具有在通道(20；120)中形成的座(26；126)和沿纵向轴线(7；107)是可移动的以与所述座配合的闸门(24；124)；
-心轴(12；112)，沿纵向轴线(7；107)可旋转地安装在主体(4；104)上并与闸门(24；124)配合，以在所述心轴旋转时移动所述闸门；
-残余压力装置(28；128)，流体地位于关闭装置(22；122)下游，具有在通道(20；120)中形成的座(32；132)和沿横向轴线(38；138)可移动的柱塞(30；130)；
其特征在于，闸门(24；124)和柱塞(30；130)中的至少一个示出了容纳所述闸门和柱塞中的另一个的凹部(130.4)或开口(24.4)。
2.根据权利要求1所述的气体瓶阀(2；102)，其中，所述柱塞(30)的横向轴线(38)与所述闸门(24)的纵向轴线(7)相交，或所述柱塞(130)的横向轴线(138)与所述纵向轴线(107)相距的距离为与闸门(124)相对的柱塞(130)的直径的一半或更小。
3.根据权利要求1所述的气体瓶阀(2；102)，其中，所述闸门(24；124)包括与所述心轴(12；112)接合的第一端(24.1；124.1)、具有用于与关闭装置(22；122)的座(26；126)配合的密封装置的第二端(24.2；124.2)以及在所述第一和第二端之间延伸的中间细长部分(24.3，124.3)。
4.根据权利要求3所述的气体瓶阀(2)，其中，所述闸门(24)的中间细长部分(24.3)示出容纳所述柱塞(30)的开口(24.4)。
5.根据权利要求4所述的气体瓶阀(2)，其中，所述开口(24.4)沿所述闸门(24)的纵向轴线(7)为椭圆形或圆形的，以允许所述闸门沿所述纵向轴线运动。
6.根据权利要求4和5之一所述的气体瓶阀(2)，其中，所述闸门(24)的中间细长部分(24.3)是大体上平坦的，具有至少一个主面(24.6)并且具有至少一个弧形的侧面(24.5)，其滑动地容纳在主体(4)的纵向孔中。
7.根据权利要求6所述的气体瓶阀(2)，其中，所述闸门(24)的中间细长部分(24.3)的至少一个主面(24.6)与主体(4)上的平坦面滑动接触，以防止所述闸门旋转。
8.根据权利要求7所述的气体瓶阀(2)，其中，所述柱塞(30)包括以气密方式与所述残余压力装置(28)的座(32)配合的前部(30.1)和与该前部(30.1)相比直径增大的后部(30.2)，所述后部包括垫圈，该垫圈滑动地容纳在孔中，该孔形成在安装在主体(4)上的插塞(36)中，与闸门(24)滑动接触的平坦面由所述插塞(36)支撑。
9.根据权利要求8所述的气体瓶阀(2)，与所述闸门(24)滑动接触的平坦面由套环(42)形成，该套环(42)由所述插塞(36)支撑。
10.根据权利要求3所述的气体瓶阀(102)，其中，所述闸门(124)的中间细长部分(124.3)的平均直径小于所述第一端和第二端(124.1，124.2)中的至少一个的平均直径。
11.根据权利要求3和10之一所述的气体瓶阀(102)，其中，所述闸门(124)的中间细长部分(124.3)在与闸门(124)相对的柱塞(130)整个直径上延伸。
12.根据权利要求3和10之一所述的气体瓶阀(102)，其中，所述柱塞(130)中的凹部(130.4)沿着所述横向轴线(138)延伸，以便沿所述柱塞的行程容纳所述闸门(124)的中间细长部分(124.3)。
13.根据权利要求12所述的气体瓶阀(102)，其中，所述柱塞(130)中的凹部(130.4)的径向深度大于所述柱塞的直径的四分之一。
14.根据权利要求12所述的气体瓶阀(102)，其中，所述柱塞(130)包括主要部分(130.2)和与该主要部分相比直径减小的前部(130.1)，所述前部与残余压力装置(128)的座(132)气密地配合，凹部(130.4)设置在主要部分(130.2)中。
15.根据权利要求14所述的气体瓶阀(102)，其中，所述主要部分(130.2)包括与所述前部(130.1)相对的后端部，一垫圈与所述主体(104)中的孔滑动配合，以便在所述后端部和所述前部之间形成用于空气的腔室，以使柱塞抵抗弹性力(134)远离残余压力装置(128)的座(132)运动。
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