用于氣瓶密封的方法和設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本公開涉及與壓縮氣體罐、瓶或容器一起使用的墊圈或密封構件。
【背景技術】
[0002]壓縮氣體瓶、罐或其他容器(本文中稱為瓶)與使用由瓶供給的氣體的氣體輸送機構的聯接通常涉及O形環或其他密封元件。這樣的密封元件用于幫助防止氣體泄漏，并且例如在美國專利4，694，850中描述了這樣的密封元件。
【發明內容】
[0003]許多市售壓縮氣瓶必然具有高的壓力和相對低的容積，并且因而在將瓶連接至氣體輸送機構的過程中的任何氣體損失都是不期望的。本文中所描述的本發明的一個或多個實施方式提供了瓶與氣體輸送系統之間的改進的密封。該密封可操作為在瓶經由刺穿元件被打開時防止氣體的初始損失，并且該密封可操作為進一步提供持久密封，該持久密封在長時段內比如在氣體輸送機構的存儲期間阻止氣體的損失。另外，由于墊圈可以安裝在瓶上或以其他方式聯接至瓶而不是氣體輸送機構，因此墊圈可以在安裝新的瓶時由新的墊圈更換，因而消除了因反復使用導致的任何可能的磨損。
[0004]根據本發明的方面，提供了用于壓縮氣瓶的墊圈。該墊圈可以設置成與氣瓶一起使用，氣瓶具有頸部，頸部具有圍繞氣體出口的頂表面以及從頂表面向下延伸的側表面，例如，頸部可以具有大致筒形形狀。墊圈可以包括上部和下部，上部設置成用于定位在瓶的頂表面上且用于與頂表面形成密封，下部圍繞瓶的頸部的側表面從上部向下延伸，使得下部設置成與氣瓶的側表面形成密封。
[0005]墊圈的上部和下部可以以不同的方式設置，例如，下部可以包括連續的側壁部，比如具有筒形或截頭圓錐形殼體形狀的部分，該部分設置成圍繞瓶的頸部的側表面延伸且與側表面形成密封。在一些實施方式中，上部和下部可以設置成與頸部的相應的部分形成氣密密封。上部可以包括靠近上部的中心附近、設置成用于定位在氣體出口上方的上開口，例如以允許刺穿元件自由地穿過而到達瓶的氣體出口。替代性地，上部可以覆蓋氣體出口，并且如果使用了刺穿元件的話刺穿元件可以刺穿上部。上部可以與刺穿元件形成密封，例如通過接合刺穿元件的外表面而形成壓蓋密封或面密封。上部可以包括環面或其他環形形狀元件，例如，位于上部處的O形環狀部。上部可以包括上表面的面上的一個或多個表面特征件，例如一個或多個凸起、脊、槽和/或環。
[0006]下部可以附接至上部的外周緣且從上部的外周緣向下延伸，例如，下部可以從上部的外邊緣向下延伸。在一些實施方式中，下部可以具有筒形殼體形狀，例如可以具有壁厚度為大約0.20英寸的側壁。因而，上部和下部可以一起形成設置成接納瓶的頸部的一部分的杯形內部空間，例如上部和下部可以形成配裝在瓶的頸部上方的一種類型的帽。杯形內部空間可以漸縮為在上部附近比在下部的底端附近具有更小的尺寸。例如，用于頸部具有錐形上端的應用。墊圈還可以包括環或其他保持器元件，所述環或其他保持器元件圍繞下部的一部分延伸且設置成保持頸部上的墊圈。環可以僅圍繞下部延伸，或者也可以圍繞上部的一部分延伸。
[0007]墊圈可以與氣瓶相結合，例如可以永久地或以可移除的方式附接至氣瓶的頸部。例如，墊圈可以模制到瓶的頸部上、粘結至頸部、焊接至頸部等。氣瓶接納器可以設置有開口，該開口定尺寸和定形狀為接納墊圈且與墊圈的上部和下部形成密封，例如，與上部形成面密封以及與下部形成壓蓋密封。接納器開口可以包括設置成刺穿氣瓶的氣體出口的刺穿元件或者包括可以附接至氣瓶或可以為獨立部分的刺穿元件。接納器開口可以包括具有錐形外部和筒形內部的側壁，例如，使得當墊圈和頸部被引入至開口中時，側壁與墊圈的下部形成壓蓋密封。接納器開口也可以包括底表面，該底表面設置成與墊圈的上部形成面密封。
[0008]在本發明的另一方面中，用于使氣瓶與氣瓶接納器(具有帶側壁和底表面的接納開口)接合的方法包括向氣瓶提供附接至氣瓶的頸部的墊圈。頸部可以具有圍繞氣瓶的氣體出口的頂表面以及從頂表面向下延伸的側表面，墊圈可以包括在頸部的頂表面和側表面上的部分。氣瓶的頸部可以被插入氣瓶接納器的接納開口中，使得墊圈的在頂表面上的上部在氣瓶的頂表面與接納器開口的底表面之間形成密封(例如面密封)，并且使得墊圈的下部在氣瓶的側表面與接納開口的側壁之間形成密封(例如壓蓋密封)。
[0009]在一些實施方式中，插入步驟包括使墊圈的下部沿著接納開口的側壁軸向地滑動。在一些情況下，插入頸部包括使下部相對于頂表面向下拉動上部。例如，墊圈下部與接納器開口的側壁之間的摩擦可以相對于瓶的頸部向下拉動下部，這可以使頂部被拉動成與頂面接觸且相對于頂表面適當地定位。接納器開口可以漸縮以在位于距離底表面較遠的靠外位置處限定比在位于距離底表面更近的靠內位置處更大的開口。盒接納器的刺穿元件可以例如通過穿過定位在瓶的氣體出口處的帽而刺穿氣瓶的氣體出口。頸部的插入也可以包括在刺穿元件與密封件的上部之間形成密封，例如，刺穿元件的錐形外表面可以接觸墊圈的上部的上開口。
[0010]在本發明的另一方面中，用于將壓縮氣體容器聯接至氣體輸送裝置的接納開口的方法包括選擇具有細長本體和筒形頸部的容器，該筒形頸部由下部橫向側壁表面和與所述橫向壁垂直定向的上端面限定。氣瓶的橫向側壁和上端兩者的至少一部分可以用彈性體材料封裝或以其他方式涂覆，例如以在頸部的頂表面和側表面處形成墊圈。接納開口可以被選擇或以其他方式設置成使得當封裝的頸部被插入開口中時，封裝的頸部在一開始形成下橫向側壁與開口的內壁之間的壓蓋密封，并且使得當容器頸部被完全插入開口中時，上端面抵著開口的底表面形成面密封。瓶的端面可以通過將頸部插入接納器開口中而被刺穿，并且可以例如通過側表面處的壓蓋密封和/或頸部的頂表面處的面密封而使壓縮氣體從容器的釋放最小化。
[0011]墊圈可以設置成具有任何適當的特征，比如上面所討論的那些特征，所述特征包括上開口和凸起的半圓形環表面，該凸起的半圓形環表面在墊圈的上部處具有曲率半徑。墊圈和接納器開口可以設置成具有當頸部進一步前進到接納器開口中時被增強的面密封和/或壓蓋密封，例如，上端面可以變形成與接納器開口的所述底表面相符合，從而形成更強的密封。
[0012]在另一示例性實施方式中，用于與接納開口形成密封的壓縮氣瓶的頸部的墊圈包括:限定內腔和下開口的筒形側壁構件；以及上部，其具有與側壁構件垂直地設置的上開口。內腔可以鄰近上部漸縮為與氣瓶的頸部的漸縮遠端相符合，側壁構件可操作為與接納開口的側壁形成壓蓋式密封而上部可操作為與所述開口的底表面形成面密封。在一些結構中，在壓蓋密封和面密封初始形成之后，在墊圈或其他部分防止頸部進一步前進到開口中之前，頸部可以進一步前進到開口中一段足以通過刺穿元件刺穿頸部的距離。
[0013]根據以下描述和權利要求，本發明的這些方面和其他方面將變得明顯。
【附圖說明】
[0014]下面參照以下附圖對本發明的方面進行描述，在附圖中，相同的附圖標記指示相同的元件，并且其中:
[0015]圖1示出了示例性實施方式中的氣瓶和墊圈的分解圖；
[0016]圖1a示出了示例性實施方式中的具有環形側壁部以及連接至上部的支腿的墊圈；
[0017]圖2a示出了另一實施方式中的具有螺旋管形的上部的墊圈的立體圖；
[0018]圖2b示出了圖2a的實施方式的側視圖；
[0019]圖2c示出了圖2a的實施方式的沿著圖2b的線B-B截取的截面圖；
[0020]圖3a示出了另一實施方式中的具有平坦的上表面的墊圈的立體圖；
[0021]圖3b示出了圖3a的實施方式的側視圖；
[0022]圖3c示出了圖3a的實施方式的沿著圖3b的線A-A截取的截面圖；
[0023]圖4示出了氣體輸送裝置的接納開口以及與接納開口配合的氣瓶和墊圈的截面圖；
[0024]圖5a至圖5d描繪了在插入深度的不同階段將瓶和墊圈插入接納開口中的順序；
[0025]圖5e示出了圖5a至圖5d的實施方式的完全插入狀態并且圖示了墊圈的變形；
[0026]圖6a至圖6d示出了在上部的表面處具有不同表面特征的墊圈的各種實施方式；
[0027]圖6e至圖6g示出了在墊圈的不同區域中具有不同的幾何形狀和材料屬性的墊圈的各種實施方式；
[0028]圖7a和圖7b示出了具有螺釘式的瓶前進組件的示例性氣瓶接納器的側視圖和截面圖；
[0029]圖8a示出了包括刺穿元件的墊圈和瓶結構的截面圖；
[0030]圖9a和圖9b示出了包括刺穿元件的實施方式的分解截面圖和組裝截面圖，其中，刺穿元件的表面具有脊以與墊圈的面接合；
[0031]圖1Oa和圖1Ob示出了包括刺穿元件的實施方式的分解截面圖和組裝截面圖，該刺穿元件具有設置在接納器開口的側壁附近以與墊圈的面接合的斜面；
[0032]圖1la和圖1lb示出了包括刺穿元件的實施方式的分解截面圖和組裝截面圖，該刺穿元件具有設置在接納器開口的側壁附近以及刺穿部件附近以與墊圈的面接合的斜面；
[0033]圖12a和圖12b示出了包括從墊圈的上表面延伸的凸起的環形脊的實施方式的分解截面圖和組裝截面圖；
[0034]圖13a和圖13b示出了包括位于墊圈的橫向側壁處的凸起的環形脊的實施方式的分解截面圖和組裝截面圖；
[0035]圖14a和圖14b示出了包括定位在墊圈上方的環的實施方式的分解截面圖和組裝截面圖；以及
[0036]圖15a和圖15b示出了包括夾住彈性元件的頂環和底環的實施方式的側視圖和截面圖。
【具體實施方式】
[0037]參照用于與氣瓶的頸部的至少一部分相互作用以例如提供橫向或側向壓蓋密封和面密封兩者的墊圈的實施方式對本發明的各個方面進行描述。一些實施方式能夠提供下述壓蓋密封，即:允許氣瓶頸部在接納開口內軸向和/或旋轉平移，同時仍然保持氣密密封以防止或以其他方式阻止壓縮氣體的不希望的釋放。在允許軸向平移的同時保持密封在一些應用中可能是重要的，例如當氣瓶相對于刺穿元件軸向地移動時允許氣瓶頸部抵著刺穿元件前進，該刺穿元件在氣瓶頸部的氣體出口處的帽或端件中產生開口。因此，在使用刺穿的情況下，在瓶刺穿過程期間可以阻止氣體泄漏。另外的實施方式可以提供墊圈的面密封部件，即使在頸部與接納器表面相對于彼此運動(無論是旋轉平移還是軸向平移)的情況下，該面密封部件仍與接納器表面提供面密封。因此，面密封可以在瓶刺穿期間單獨地或者與壓蓋密封組合地阻止氣體泄漏。應當理解的是，本發明的各個方面可以彼此單獨地使用和/或以任何適當的組合使用，并且因而各個實施方式不應被解釋為要求特征的任何特定組合。相反，所描述的實施方式的一個或多個特征可以與其他實施方式的任何其他適當的特征組合。因此，例如，本發明的方面可以涉及具有面密封結構的墊圈，該面密封結構可以單獨地使用或與側向或壓蓋密封結構結合使用，反之亦然。
[0038]如上面指出的，本發明的方面涉及與氣瓶一起使用的墊圈，例如，設置成與瓶的頸部接合的墊圈。圖1為示例性實施方式中的壓縮氣瓶100和墊圈200的立體圖。應當理解的是，設置成與氣瓶頸部一起使用的墊圈的尺寸、形狀、材料和/或其他特性將至少部分地取決于與墊圈一起使用的氣瓶的形狀、尺寸、構型等。在本文中所描述的實施方式中，氣瓶100具有大致圓筒形的頸部110，S卩，頸部110具有圍繞氣體出口 120的大致平坦或斜切的頂表面112以及從頂表面112向下延伸的圓柱形側表面111。然而，本發明的方面可以與其他氣瓶頸部結構比如具有截頭圓錐形側表面111的頸部、具有圓形或尖形頂表面11