CN115342040B - 活塞泵 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种活塞泵，能够顺畅地对流体加压，不阻碍被加压后的流体在排出时的流动，抑制压力损失，所述活塞泵包括：汽缸头，其具有排出流体的排出流路，设置有具有与排出流路连通的贯通孔的开关阀；汽缸套；以及活塞，其包括：活塞主体，其以能够在汽缸套内往复滑动的方式构成；活塞顶端部，其包括顶面和倾斜曲面，顶面形成为截头状，汽缸头和汽缸套经由阀头接合，阀头包括空腔以及出口开口部在达到规定的压力时开关阀打开，流体从出口开口部经由贯通孔向排出流路排出，活塞顶端部的倾斜曲面从汽缸套侧朝向汽缸头侧缩径地形成，并且截面形状形成为由从内侧朝向外侧的凸条以及从外侧朝向内侧的凸条连结而成的波形形状。

Description

活塞泵
技术领域
本发明涉及一种活塞泵，详细而言，涉及不阻碍压缩后的流体的流动、能够抑制压力损失的活塞泵。
背景技术
对低温流体进行加压使其喷出的活塞泵是将低温流体吸入至汽缸套和阀头内并利用活塞使该低温流体喷出的装置，例如可列举出下述结构：如图6～图8所示，包括汽缸头100和汽缸套200，还包括在汽缸套200内往复滑动的活塞300、以及配置在汽缸头100与汽缸套200之间的阀头400(专利文献1)。
专利文献1使用具有以圆柱状形态构成的活塞顶端部310的活塞300，在阀头400设置有出口开口部和与活塞顶端部310对应的空腔，与出口开口部相邻地，阀体110以进入汽缸头100的方式配置。
活塞顶端部310以在活塞泵行程为最大时贯穿空腔区域的方式构成。
另外，在专利文献2中，活塞顶端部是截头圆锥形状的形态，作为完全进入空腔区域的形状，公开了截头圆锥形的形状。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6572481号公报
专利文献2：日本专利第5774384号公报
发明内容
在专利文献1中，首先，在图6中，是通过活塞300对低温流体进行加压之前的状态，活塞泵中，液体燃料从与未图示的低压液体燃料供给管连接的燃料供给口500被吸入至形成在汽缸套200与阀头400之间的空腔内。
接着，如图7所示，通过活塞300按压被吸入至空腔内的低温流体。由此，由于活塞300及活塞顶端部310是与空腔的形状恰好匹配的结构，所以空腔中不再有间隙，空腔内的低温流体被加压。在图7的状态下，在进行压缩时，由于空腔的形状是与活塞顶端部310恰好匹配的形状，所以形成了空腔急剧变窄的台阶，因此在加压时流体向与朝向阀体的方向不同的方向产生流动，导致产生压损。
接着，如图8所示，在被加压后的低温流体的压力成为将阀体110上推的压力时，阀体110被上推，被加压后的流体经由与阀体的排出流路连通的贯通孔向排出流路排出。进而，由于被加压后的流体与被上推的阀体110发生碰撞，导致被加压后的流体产生压损。
也即，在专利文献1中，由于从空腔至开关阀的流路从空腔起急剧变窄，所以存在产生流体的二次流而产生压力损失的问题。
另外，在专利文献2中，由于活塞顶端部以截头圆锥形的形态构成，所以恰好匹配的空腔也形成为直线状，因此在被压缩后的流体中朝向出口开口部的流体和远离出口开口部的流体的压力均衡，其结果是产生流体的压力损失。
因此，本发明的课题在于提供一种活塞泵，能够顺畅地对流体加压，不阻碍被加压后的流体在排出时的流动，抑制压力损失。
进而，本发明的其他课题通过以下的记载而明确。
上述课题通过以下的各发明来解决。
(第一方面)
一种活塞泵，其特征在于，包括：
汽缸头，其具有用于排出流体的排出流路，在所述汽缸头设置有开关阀，在所述开关阀设置有与该排出流路连通的贯通孔；
汽缸套；以及
活塞，其包括：活塞主体，其以能够在所述汽缸套内往复滑动的方式构成；以及活塞顶端部，其包括顶面和倾斜曲面，该顶面形成为截头状，
所述汽缸头和所述汽缸套经由阀头接合，
所述阀头包括：空腔，其与所述活塞的活塞顶端部的形状对应；以及出口开口部，其在该空腔的汽缸头侧将被加压后的流体排出，该被加压后的流体是通过所述活塞的往复滑动对该流体进行加压而得到的，
所述出口开口部构成为由设置于所述汽缸头的所述开关阀封闭，在达到规定的压力时所述开关阀打开，流体从所述出口开口部经由所述贯通孔向所述排出流路排出，
所述活塞顶端部的倾斜曲面从汽缸套侧朝向汽缸头侧缩径地形成，并且截面形状形成为由从内侧朝向外侧的凸条R1以及从外侧朝向内侧的凸条R2连结而成的波形形状。
(第二方面)
一种活塞泵，其特征在于，包括：
汽缸头，其具有用于排出流体的排出流路，在所述汽缸头设置有开关阀，在所述开关阀设置有与该排出流路连通的贯通孔；
汽缸套；以及
活塞，其包括：活塞主体，其以能够在所述汽缸套内往复滑动的方式构成；以及活塞顶端部，其包括顶面和倾斜曲面，该顶面形成为截头状，
所述汽缸头和所述汽缸套经由阀头接合，
所述阀头包括：空腔，其与所述活塞的活塞顶端部的形状对应；以及出口开口部，其在该空腔的汽缸头侧将被加压后的流体排出，该被加压后的流体是通过所述活塞的往复滑动对该流体进行加压而得到的，
所述出口开口部构成为由设置于所述汽缸头的所述开关阀封闭，在达到规定的压力时所述开关阀打开，流体从所述出口开口部经由所述贯通孔向所述排出流路排出，
所述活塞顶端部的倾斜曲面从汽缸套侧朝向汽缸头侧缩径地形成，并且截面形状形成为由从外侧朝向内侧的凸条R1以及从内侧朝向外侧的凸条R2连结而成的波形形状。
(第三方面)
第一方面或第二方面记载的活塞泵，其特征在于：
在所述开关阀设置有大致圆锥台形状的开关阀突起部，该开关阀突起部以从所述出口开口部向所述空腔内突出的方式形成，并且从该空腔侧朝向该出口开口部侧扩径，
所述开关阀突起部构成为当开关阀开口时通过所述开关阀突起部与出口开口部之间来实现流体流动的导向功能。
(第四方面)
第三方面记载的活塞泵，其特征在于：
活塞顶端部的顶面构成为在活塞泵的往复滑动为最大时在所述空腔的区域内到达所述开关阀突起部的顶端附近。
发明效果
根据本发明，能够提供一种不阻碍压缩后的流体的流动、能够抑制压力损失的活塞泵。
附图说明
图1是表示在本发明的活塞泵的活塞行程中活塞位于最下方的状态的图。
图2是表示在本发明的活塞泵的活塞行程中活塞位于最上方的状态的图。
图3是表示在本发明的活塞泵的活塞行程中开关阀打开的状态的图。
图4是表示空腔的内壁面的曲面形状的图，图4的(A)是表示空腔的内壁面的曲面形状的一例的图，图4的(B)是表示空腔的内壁面的曲面形状的另一例的图。
图5是表示图4的(A)的情况下的空腔的内壁面与活塞顶端部的倾斜曲面的关系的图。
图6是表示在以往的活塞泵的活塞行程中活塞位于最下方的状态的图。
图7是表示在以往的活塞泵的活塞行程中活塞位于最上方的状态的图。
图8是表示在以往的活塞泵的活塞行程中开关阀打开的状态的图。
附图标记说明
1 汽缸头
10 排出流路
11 开关阀
12 弹簧
13 贯通孔
14 开关阀突起部
2 汽缸套
3 活塞
30 活塞主体
31 活塞环
32 活塞顶端部
33 顶面
34 倾斜曲面
4 阀头
40 内壁面
41 空腔
42 出口开口部
5 燃料供给口
100 汽缸头
200 汽缸套
300 活塞
310 活塞顶端部
400 阀头
500 燃料供给口
具体实施方式
以下，对本发明的优选实施方式进行说明。
基于图1～图3，对本发明的活塞泵的优选方式进行说明。
图1是表示在本发明的活塞泵的活塞行程中活塞位于最下方的状态的图，图2是表示在本发明的活塞泵的活塞行程中活塞位于最上方的状态的图，图3是表示在本发明的活塞泵的活塞行程中流体的压力成为规定以上且开关阀打开的状态的图。
活塞泵是对吸入的低温流体进行加压使其喷出的压缩机。
本发明的活塞泵中使用的低温流体包含液体或气体。液体例如包含液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)、甲烷、丙烷、丁烷等液化气。低温流体例如优选为-120℃以下的液体燃料。
本发明的活塞泵包括汽缸头1、汽缸套2、活塞3及阀头4。
汽缸头1包括用于排出被加压后的流体的排出流路10。沿着排出流路10形成有槽部10A，在该槽部10A经由弹簧12安装有开关阀11。开关阀11具有将被加压后的流体排出或阻断的功能。这里，如图1所示，开关阀11的下表面和阀头4的汽缸头1侧的上表面由平面密封，由此将后述的阀头4的空腔密闭，阻断流体从出口开口部的泄漏。
在开关阀11设置有与排出流路10连通的贯通孔13。
3是活塞，以在汽缸套2内往复滑动的方式设置。活塞3包括：活塞主体30，其具有与汽缸套2的内壁面接触的活塞环31；以及活塞顶端部32。
活塞顶端部32包括呈截头状的顶面33和倾斜曲面34。倾斜曲面34朝向被加压后的流体的排出方向缩径地形成。
阀头4设置在汽缸头1与汽缸套2之间，具有空腔41，该空腔41包括与在汽缸套2内往复滑动的活塞3的活塞顶端部32的形状对应的内壁面40。另外，阀头4与汽缸头1之间形成有用于排出在空腔41内被加压后的流体的出口开口部42。
这里，为了阀头4的强度，在空腔41的出口开口部42侧形成有朝向出口开口部42缩径的空间。该空间在流体压缩时成为无用的容积，因此通过在活塞3设置活塞顶端部32来削减浪费。
如图2所示，在形成于空腔41的出口开口部42侧的空间与活塞顶端部32之间，以不阻碍活塞顶端部32进入空间时压缩中的流体的流动的方式形成间隙。
内壁面40为与倾斜曲面34对应的形状。例如能够使内壁面40为如图4所示那样的形状。
图4是表示空腔41的内壁面40的曲面形状的图，图4的(A)是一例，图4的(B)是另一例。
如图4的(A)所示，内壁面40的截面形状形成为由从内侧朝向外侧的凸条R1以及从外侧朝向内侧的凸条R2连结而成的波形形状。
另外，如图4的(B)所示，内壁面40的截面形状也可以形成为由从外周朝向内周的凸条R1以及从内周朝向外周的凸条R2连结而成的波形形状。在图4的(B)所示的内壁面40的截面形状的情况下，活塞顶端部32的倾斜曲面也成为对应的形状。由此，能够得到与图4的(A)的情况相同的效果。
图5是表示图4的(A)的情况下的空腔的内壁面40与活塞顶端部32的倾斜曲面34的关系的图。
如图5所示，以与内壁面40的曲面形状对应的方式，形成活塞顶端部32的倾斜曲面34的波形形状。
在图5中，内壁面40和活塞顶端部32的倾斜曲面34朝向流路的排出方向从上游侧起法线方向的间隔为δ1、δ2、δ3。优选法线方向的间隔δ1、δ2、δ3大致均匀。通过使内壁面40和倾斜曲面34为波形形状，能够顺畅地向流体加压，并且在排出被加压后的流体时，能够减轻流向排出流路10的流体的压力损失。另外，通过使法线方向间隔为δ1＝δ2＝δ3，能够更顺畅地向流体加压。
在本实施方式中，在开关阀11被弹簧12按压时出口开口部42关闭，在被加压后的流体按压开关阀11的压力超出弹簧12的按压力时，开关阀11朝向打开的方向运动。在阀头4中，当被加压后的流体要从出口开口部42排出时，开关阀11被打开，被加压后的流体从出口开口部42排出。
因此，在本实施方式中，在被加压后的流体相比弹簧12的规定按压力而达到规定的压力时，开关阀11朝向打开的方向运动，被加压后的流体从出口开口部42经由贯通孔13向排出流路10排出。
在本实施方式中，优选在开关阀11的顶端设置有大致圆锥台形状的开关阀突起部14，该开关阀突起部14贯穿出口开口部42，朝向空腔41突出。
开关阀突起部14朝向空腔41呈大致圆锥台形状，因此在开关阀11打开时在出口开口部42与开关阀突起部14之间形成流路，开关阀突起部14能够起到流体的导向功能。
基于图1～图3，对本发明的活塞泵的作用进行说明。
首先，图1是通过活塞3对流体进行加压之前的状态。此时，在本发明的活塞泵中，液体燃料从与未图示的低压液体燃料供给管连接的燃料供给口5被吸入至空腔41内。
接着，如图2所示，活塞3到达开关阀突起部14的顶端附近，通过活塞3及活塞顶端部32，使空腔41内的容积变小，被吸入至空腔41内的流体被按压。由此，流体被加压。
从图1转换到图2的状态时，内壁面40与倾斜侧面34之间的空间变窄，流体朝向空腔41的出口开口部42侧的缩径后的空间移动。在本实施方式中，具有由从外周朝向内周的凸条R1以及从内周朝向外周的凸条R2连结而成的波形形状的内壁面40和形状与内壁面40的形状对应的倾斜侧面34，因此在流体压缩时到达空腔部41的出口开口部42侧的空间的流路成为平缓的流路，不阻碍流体的流动。其结果是，能够降低压缩时的流体的压力损失。
接着，如图3所示，在被加压后的流体的压力达到超过弹簧12的按压力的压力时，将出口开口部42阻断的开关阀11被上推，出口开口部42打开。由此，被加压后的流体从打开后的出口开口部42排出，经由开关阀11的贯通孔13，向排出流路10排出。
这里，如图3所示，在开关阀11开口、流体排出之后，返回图1的状态，转换到下一循环的工序。
返回到图1的状态，开关阀11关闭，并且活塞3下降。也即，为了从燃料吸入口5吸入流体，空腔41内下降至流体的吸入压力。
在下降至从燃料供给口5吸入流体的压力时，在开关阀突起部14与空腔41的出口开口部42侧的空间之间产生的间隙内压力也同样下降，残存于该间隙内的被加压后的流体发生气化，气化后的流体的体积大幅膨张。
如果开关阀突起部14与该空间之间产生的间隙过大，则在空腔41内充满了气化后的燃料，因此下一循环中用于加压的燃料的吸入被阻碍，导致泵效率大幅受损。
在本实施方式中，如图3所示，优选当开关阀11打开时在设置于开关阀11的开关阀突起部14与空腔41的出口开口部42侧的空间之间产生的间隙是起到成为被加压后的流体的导向流路的功能这种程度的间隙。另外，如图2所示，优选在开关阀突起部14与空腔41的出口开口部42侧的空间之间产生的间隙是在下一循环时不阻碍流体从燃料供给口5的吸入这种程度的较小的间隙。在流体排出时，在开关阀突起部14与出口开口部42侧的空间之间产生的较小的间隙具有成为流体的导向流路的功能，因此能够抑制流体中产生的压力损失，顺畅地向排出流路10排出流体。
另外，在本实施方式中，活塞顶端部32的顶面33在活塞3的往复滑动为最大时到达开关阀突起部14的顶端附近，因此能够尽可能地缩小在空腔41的区域中的出口开口部42侧的空间与开关阀突起部14之间产生的作为较小间隙的无用容积。

Claims (4)

1.一种活塞泵，其特征在于，包括：
汽缸头，其具有将流体排出的排出流路，在所述汽缸头设置有开关阀，在所述开关阀设置有与该排出流路连通的贯通孔；
汽缸套；以及
活塞，其包括：活塞主体，其以能够在所述汽缸套内往复滑动的方式构成；以及活塞顶端部，其包括顶面和倾斜曲面，该顶面形成为截头状，
所述汽缸头和所述汽缸套经由阀头接合，
所述阀头包括：空腔，其与所述活塞的活塞顶端部的形状对应；以及出口开口部，其在该空腔的汽缸头侧将被加压后的流体排出，该被加压后的流体是通过所述活塞的往复滑动对该流体进行加压而得到的，
所述出口开口部构成为由设置于所述汽缸头的所述开关阀封闭，在达到规定的压力时所述开关阀打开，流体从所述出口开口部经由所述贯通孔向所述排出流路排出，
所述活塞顶端部的倾斜曲面从汽缸套侧朝向汽缸头侧缩径地形成，并且截面形状形成为由从内侧朝向外侧的凸条R1以及从外侧朝向内侧的凸条R2连结而成的波形形状。
2.一种活塞泵，其特征在于，包括：
汽缸头，其具有用于排出流体的排出流路，在所述汽缸头设置有开关阀，在所述开关阀设置有与该排出流路连通的贯通孔；
汽缸套；以及
活塞，其包括：活塞主体，其以能够在所述汽缸套内往复滑动的方式构成；以及活塞顶端部，其包括顶面和倾斜曲面，该顶面形成为截头状，
所述汽缸头和所述汽缸套经由阀头接合，
所述阀头包括：空腔，其与所述活塞的活塞顶端部的形状对应；以及出口开口部，其在该空腔的汽缸头侧将被加压后的流体排出，该被加压后的流体是通过所述活塞的往复滑动对该流体进行加压而得到的，
所述出口开口部构成为由设置于所述汽缸头的所述开关阀封闭，在达到规定的压力时所述开关阀打开，流体从所述出口开口部经由所述贯通孔向所述排出流路排出，
所述活塞顶端部的倾斜曲面从汽缸套侧朝向汽缸头侧缩径地形成，并且截面形状形成为由从外侧朝向内侧的凸条R1以及从内侧朝向外侧的凸条R2连结而成的波形形状。
3.根据权利要求1或2所述的活塞泵，其特征在于：
在所述开关阀设置有大致圆锥台形状的开关阀突起部，该开关阀突起部以从所述出口开口部向所述空腔内突出的方式形成，并且从该空腔侧朝向该出口开口部侧扩径，
所述开关阀突起部构成为当开关阀开口时通过所述开关阀突起部与出口开口部之间来实现流体流动的导向功能。
4.根据权利要求3所述的活塞泵，其特征在于：
活塞顶端部的顶面构成为在活塞泵的往复滑动为最大时到达所述开关阀突起部的顶端附近。
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