用于气瓶密封的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及与压缩气体罐、瓶或容器一起使用的垫圈或密封构件。
【背景技术】
[0002]压缩气体瓶、罐或其他容器(本文中称为瓶)与使用由瓶供给的气体的气体输送机构的联接通常涉及O形环或其他密封元件。这样的密封元件用于帮助防止气体泄漏，并且例如在美国专利4，694，850中描述了这样的密封元件。
【发明内容】
[0003]许多市售压缩气瓶必然具有高的压力和相对低的容积，并且因而在将瓶连接至气体输送机构的过程中的任何气体损失都是不期望的。本文中所描述的本发明的一个或多个实施方式提供了瓶与气体输送系统之间的改进的密封。该密封可操作为在瓶经由刺穿元件被打开时防止气体的初始损失，并且该密封可操作为进一步提供持久密封，该持久密封在长时段内比如在气体输送机构的存储期间阻止气体的损失。另外，由于垫圈可以安装在瓶上或以其他方式联接至瓶而不是气体输送机构，因此垫圈可以在安装新的瓶时由新的垫圈更换，因而消除了因反复使用导致的任何可能的磨损。
[0004]根据本发明的方面，提供了用于压缩气瓶的垫圈。该垫圈可以设置成与气瓶一起使用，气瓶具有颈部，颈部具有围绕气体出口的顶表面以及从顶表面向下延伸的侧表面，例如，颈部可以具有大致筒形形状。垫圈可以包括上部和下部，上部设置成用于定位在瓶的顶表面上且用于与顶表面形成密封，下部围绕瓶的颈部的侧表面从上部向下延伸，使得下部设置成与气瓶的侧表面形成密封。
[0005]垫圈的上部和下部可以以不同的方式设置，例如，下部可以包括连续的侧壁部，比如具有筒形或截头圆锥形壳体形状的部分，该部分设置成围绕瓶的颈部的侧表面延伸且与侧表面形成密封。在一些实施方式中，上部和下部可以设置成与颈部的相应的部分形成气密密封。上部可以包括靠近上部的中心附近、设置成用于定位在气体出口上方的上开口，例如以允许刺穿元件自由地穿过而到达瓶的气体出口。替代性地，上部可以覆盖气体出口，并且如果使用了刺穿元件的话刺穿元件可以刺穿上部。上部可以与刺穿元件形成密封，例如通过接合刺穿元件的外表面而形成压盖密封或面密封。上部可以包括环面或其他环形形状元件，例如，位于上部处的O形环状部。上部可以包括上表面的面上的一个或多个表面特征件，例如一个或多个凸起、脊、槽和/或环。
[0006]下部可以附接至上部的外周缘且从上部的外周缘向下延伸，例如，下部可以从上部的外边缘向下延伸。在一些实施方式中，下部可以具有筒形壳体形状，例如可以具有壁厚度为大约0.20英寸的侧壁。因而，上部和下部可以一起形成设置成接纳瓶的颈部的一部分的杯形内部空间，例如上部和下部可以形成配装在瓶的颈部上方的一种类型的帽。杯形内部空间可以渐缩为在上部附近比在下部的底端附近具有更小的尺寸。例如，用于颈部具有锥形上端的应用。垫圈还可以包括环或其他保持器元件，所述环或其他保持器元件围绕下部的一部分延伸且设置成保持颈部上的垫圈。环可以仅围绕下部延伸，或者也可以围绕上部的一部分延伸。
[0007]垫圈可以与气瓶相结合，例如可以永久地或以可移除的方式附接至气瓶的颈部。例如，垫圈可以模制到瓶的颈部上、粘结至颈部、焊接至颈部等。气瓶接纳器可以设置有开口，该开口定尺寸和定形状为接纳垫圈且与垫圈的上部和下部形成密封，例如，与上部形成面密封以及与下部形成压盖密封。接纳器开口可以包括设置成刺穿气瓶的气体出口的刺穿元件或者包括可以附接至气瓶或可以为独立部分的刺穿元件。接纳器开口可以包括具有锥形外部和筒形内部的侧壁，例如，使得当垫圈和颈部被引入至开口中时，侧壁与垫圈的下部形成压盖密封。接纳器开口也可以包括底表面，该底表面设置成与垫圈的上部形成面密封。
[0008]在本发明的另一方面中，用于使气瓶与气瓶接纳器(具有带侧壁和底表面的接纳开口)接合的方法包括向气瓶提供附接至气瓶的颈部的垫圈。颈部可以具有围绕气瓶的气体出口的顶表面以及从顶表面向下延伸的侧表面，垫圈可以包括在颈部的顶表面和侧表面上的部分。气瓶的颈部可以被插入气瓶接纳器的接纳开口中，使得垫圈的在顶表面上的上部在气瓶的顶表面与接纳器开口的底表面之间形成密封(例如面密封)，并且使得垫圈的下部在气瓶的侧表面与接纳开口的侧壁之间形成密封(例如压盖密封)。
[0009]在一些实施方式中，插入步骤包括使垫圈的下部沿着接纳开口的侧壁轴向地滑动。在一些情况下，插入颈部包括使下部相对于顶表面向下拉动上部。例如，垫圈下部与接纳器开口的侧壁之间的摩擦可以相对于瓶的颈部向下拉动下部，这可以使顶部被拉动成与顶面接触且相对于顶表面适当地定位。接纳器开口可以渐缩以在位于距离底表面较远的靠外位置处限定比在位于距离底表面更近的靠内位置处更大的开口。盒接纳器的刺穿元件可以例如通过穿过定位在瓶的气体出口处的帽而刺穿气瓶的气体出口。颈部的插入也可以包括在刺穿元件与密封件的上部之间形成密封，例如，刺穿元件的锥形外表面可以接触垫圈的上部的上开口。
[0010]在本发明的另一方面中，用于将压缩气体容器联接至气体输送装置的接纳开口的方法包括选择具有细长本体和筒形颈部的容器，该筒形颈部由下部横向侧壁表面和与所述横向壁垂直定向的上端面限定。气瓶的横向侧壁和上端两者的至少一部分可以用弹性体材料封装或以其他方式涂覆，例如以在颈部的顶表面和侧表面处形成垫圈。接纳开口可以被选择或以其他方式设置成使得当封装的颈部被插入开口中时，封装的颈部在一开始形成下横向侧壁与开口的内壁之间的压盖密封，并且使得当容器颈部被完全插入开口中时，上端面抵着开口的底表面形成面密封。瓶的端面可以通过将颈部插入接纳器开口中而被刺穿，并且可以例如通过侧表面处的压盖密封和/或颈部的顶表面处的面密封而使压缩气体从容器的释放最小化。
[0011]垫圈可以设置成具有任何适当的特征，比如上面所讨论的那些特征，所述特征包括上开口和凸起的半圆形环表面，该凸起的半圆形环表面在垫圈的上部处具有曲率半径。垫圈和接纳器开口可以设置成具有当颈部进一步前进到接纳器开口中时被增强的面密封和/或压盖密封，例如，上端面可以变形成与接纳器开口的所述底表面相符合，从而形成更强的密封。
[0012]在另一示例性实施方式中，用于与接纳开口形成密封的压缩气瓶的颈部的垫圈包括:限定内腔和下开口的筒形侧壁构件；以及上部，其具有与侧壁构件垂直地设置的上开口。内腔可以邻近上部渐缩为与气瓶的颈部的渐缩远端相符合，侧壁构件可操作为与接纳开口的侧壁形成压盖式密封而上部可操作为与所述开口的底表面形成面密封。在一些结构中，在压盖密封和面密封初始形成之后，在垫圈或其他部分防止颈部进一步前进到开口中之前，颈部可以进一步前进到开口中一段足以通过刺穿元件刺穿颈部的距离。
[0013]根据以下描述和权利要求，本发明的这些方面和其他方面将变得明显。
【附图说明】
[0014]下面参照以下附图对本发明的方面进行描述，在附图中，相同的附图标记指示相同的元件，并且其中:
[0015]图1示出了示例性实施方式中的气瓶和垫圈的分解图；
[0016]图1a示出了示例性实施方式中的具有环形侧壁部以及连接至上部的支腿的垫圈；
[0017]图2a示出了另一实施方式中的具有螺旋管形的上部的垫圈的立体图；
[0018]图2b示出了图2a的实施方式的侧视图；
[0019]图2c示出了图2a的实施方式的沿着图2b的线B-B截取的截面图；
[0020]图3a示出了另一实施方式中的具有平坦的上表面的垫圈的立体图；
[0021]图3b示出了图3a的实施方式的侧视图；
[0022]图3c示出了图3a的实施方式的沿着图3b的线A-A截取的截面图；
[0023]图4示出了气体输送装置的接纳开口以及与接纳开口配合的气瓶和垫圈的截面图；
[0024]图5a至图5d描绘了在插入深度的不同阶段将瓶和垫圈插入接纳开口中的顺序；
[0025]图5e示出了图5a至图5d的实施方式的完全插入状态并且图示了垫圈的变形；
[0026]图6a至图6d示出了在上部的表面处具有不同表面特征的垫圈的各种实施方式；
[0027]图6e至图6g示出了在垫圈的不同区域中具有不同的几何形状和材料属性的垫圈的各种实施方式；
[0028]图7a和图7b示出了具有螺钉式的瓶前进组件的示例性气瓶接纳器的侧视图和截面图；
[0029]图8a示出了包括刺穿元件的垫圈和瓶结构的截面图；
[0030]图9a和图9b示出了包括刺穿元件的实施方式的分解截面图和组装截面图，其中，刺穿元件的表面具有脊以与垫圈的面接合；
[0031]图1Oa和图1Ob示出了包括刺穿元件的实施方式的分解截面图和组装截面图，该刺穿元件具有设置在接纳器开口的侧壁附近以与垫圈的面接合的斜面；
[0032]图1la和图1lb示出了包括刺穿元件的实施方式的分解截面图和组装截面图，该刺穿元件具有设置在接纳器开口的侧壁附近以及刺穿部件附近以与垫圈的面接合的斜面；
[0033]图12a和图12b示出了包括从垫圈的上表面延伸的凸起的环形脊的实施方式的分解截面图和组装截面图；
[0034]图13a和图13b示出了包括位于垫圈的横向侧壁处的凸起的环形脊的实施方式的分解截面图和组装截面图；
[0035]图14a和图14b示出了包括定位在垫圈上方的环的实施方式的分解截面图和组装截面图；以及
[0036]图15a和图15b示出了包括夹住弹性元件的顶环和底环的实施方式的侧视图和截面图。
【具体实施方式】
[0037]参照用于与气瓶的颈部的至少一部分相互作用以例如提供横向或侧向压盖密封和面密封两者的垫圈的实施方式对本发明的各个方面进行描述。一些实施方式能够提供下述压盖密封，即:允许气瓶颈部在接纳开口内轴向和/或旋转平移，同时仍然保持气密密封以防止或以其他方式阻止压缩气体的不希望的释放。在允许轴向平移的同时保持密封在一些应用中可能是重要的，例如当气瓶相对于刺穿元件轴向地移动时允许气瓶颈部抵着刺穿元件前进，该刺穿元件在气瓶颈部的气体出口处的帽或端件中产生开口。因此，在使用刺穿的情况下，在瓶刺穿过程期间可以阻止气体泄漏。另外的实施方式可以提供垫圈的面密封部件，即使在颈部与接纳器表面相对于彼此运动(无论是旋转平移还是轴向平移)的情况下，该面密封部件仍与接纳器表面提供面密封。因此，面密封可以在瓶刺穿期间单独地或者与压盖密封组合地阻止气体泄漏。应当理解的是，本发明的各个方面可以彼此单独地使用和/或以任何适当的组合使用，并且因而各个实施方式不应被解释为要求特征的任何特定组合。相反，所描述的实施方式的一个或多个特征可以与其他实施方式的任何其他适当的特征组合。因此，例如，本发明的方面可以涉及具有面密封结构的垫圈，该面密封结构可以单独地使用或与侧向或压盖密封结构结合使用，反之亦然。
[0038]如上面指出的，本发明的方面涉及与气瓶一起使用的垫圈，例如，设置成与瓶的颈部接合的垫圈。图1为示例性实施方式中的压缩气瓶100和垫圈200的立体图。应当理解的是，设置成与气瓶颈部一起使用的垫圈的尺寸、形状、材料和/或其他特性将至少部分地取决于与垫圈一起使用的气瓶的形状、尺寸、构型等。在本文中所描述的实施方式中，气瓶100具有大致圆筒形的颈部110，S卩，颈部110具有围绕气体出口 120的大致平坦或斜切的顶表面112以及从顶表面112向下延伸的圆柱形侧表面111。然而，本发明的方面可以与其他气瓶颈部结构比如具有截头圆锥形侧表面111的颈部、具有圆形或尖形顶表面11