НЕ ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМЫЕ СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ КЛАПАНЫ ДЛЯ ТОПЛИВНЫХ БАЛЛОНЧИКОВ Российский патент 2012 года по МПК F16K21/04 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Данное изобретение относится к клапанам, которые соединяют топливные баллончики с различными топливными элементами и топливозаправочными устройствами. Более конкретно, данное изобретение относится к не взаимозаменяемым соединительным клапанам, содержащим, по меньшей мере, одну закрепленную среднюю стойку и, по меньшей мере, одно внутреннее уплотнение из эластомера, которое открывается при сжатии трубой с заданными размерами и калибровкой.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Топливные элементы - это устройства, непосредственно преобразующие химическую энергию реагентов, т.е. топлива и окислителя, в электрическую энергию постоянного тока. Для растущего числа применений топливные элементы являются более эффективными, чем обычное генерирование энергии, например, при сгорании ископаемого топлива, а также, чем портативное аккумулирование энергии, например ионно-литиевые батареи.

[0003] Обычно технологии топливных элементов включают множество различных топливных элементов, например щелочные топливные элементы, топливные элементы с полимерным электролитом, фосфорнокислые топливные элементы, топливные элементы с плавленым карбонатом, топливные элементы на твердом оксиде и ферментные топливные элементы. В основном топливные элементы работают на водородном топливе (Н₂), а также они могут потреблять не чистое водородное топливо. Топливные элементы на не чистом водороде включают топливные элементы с прямым окислением, такие как метаноловые топливные элементы с прямым окислением (МТЭПО), которые используют метанол, или топливные элементы на твердом топливе (ТЭТО), которые используют углеводород при высокой температуре. Водородное топливо можно хранить в сжатом состоянии или в соединениях, таких как спирты или углеводороды или другие содержащие водород материалы, которые могут быть трансформированы или преобразованы в водородное топливо и побочные продукты. Также водород можно хранить в химических гидридах, таких как борогидрид натрия (NaBH₄), который реагирует с водой или спиртом для образования водорода и побочных продуктов. Также водород может быть адсорбирован или абсорбирован в гидриды металлов, такие как пентаникель лантана (LaNi₅), при одном давлении и температуре и высвобожден в виде топлива в топливный элемент при другом давление и температуре.

[0004] Большинство водородных топливных элементов имеют протонообменную мембрану или мембрану из полимерного электролита (ПОМ), которая пропускает протоны водорода, но заставляет электроны проходить через цепь внешней нагрузки, которой предпочтительно является сотовый телефон, персональный цифровой ассистент (PDA), компьютер, электроинструмент или любое устройство, использующее поток электронов или электрический ток. Реакция в топливном элементе может быть представлена следующим образом:

Полуреакция на аноде топливного элемента:

Н₂→2Н⁺+2е^-

Полуреакция на катоде топливного элемента:

2(2Н⁺+2е^-)+O₂→2Н₂О

[0005] Обычно ПОМ изготовлена из полимера, например Nafion^®, выпускаемого корпорацией DuPont, который представляет собой полимер перфторированной сульфоновой кислоты толщиной примерно 0,05-0,50 мм, или других подходящих мембран. Анод обычно выполнен в виде опоры из обработанной тефлоном копировальной бумаги с осажденным на ней тонким слоем катализатора, например платины-рутения. Катодом обычно служит газодиффузионный электрод, в котором с одной стороной мембраны связаны частицы платины.

[0006] В случае МТЭПО электрохимическая реакция на каждом электроде и общая реакция для метанолового топливного элемента с прямым окислением описываются следующим образом:

Полуреакция на аноде:

CH₃OH+H₂O→CO₂+6H⁺+6e^-

Полуреакция на катоде:

1,5O₂+6H⁺+6e^-→3H₂O

Общая реакция топливного элемента:

CH₃OH+1,5O₂→CO₂+2H₂O

МТЭПО описан в патентах США №№4390603 и 4828941, описания которых полностью включаются ссылкой в данную заявку.

[0007] В химическом топливном элементе на гидриде металла борогидрид натрия преобразуется и реагирует следующим образом:

NaBH₄+2Н₂О→(тепло и/или катализатор)→4(Н₂)+(NaBO₂).

К числу приемлемых для этой реакции катализаторов относятся платина и рутений, а также другие металлы. Водородное топливо, полученное риформингом борогидрида натрия, реагирует в топливном элементе с окислителем, например, О₂, с получением электрической энергии (или потока электронов) и побочного продукта - воды, как указано выше. Также в процессе риформинга получают побочный продукт - борат натрия (NaBO₂). Топливный элемент на борогидриде натрия рассмотрен в патенте США №4261956, описание которого данной ссылкой полностью включается в настоящую заявку.

[0008] Клапаны необходимы для транспортировки топлива между топливными баллончиками, топливными элементами и/или топливозаправочными устройствами. Из уровня техники известны различные клапаны и регуляторы потока, например, описанные в патентах США №№6506513 и 5723229 и опубликованных заявках США №№2003/0082427 и 2002/0197522. Однако существует потребность в улучшенных клапанах, которые, кроме прочего, позволяют сбрасывать газ, поддерживать герметичность, улучшать движение топлива через клапан. В известной мере, данная потребность в улучшенных соединительных клапанах для топливных баллончиков была рассмотрена в совместно рассматриваемых опубликованных заявках США №№2005/0022883 и 2006/0196562 того же заявителя, а также заявке на патент США №10/978949, описания которых полностью включаются ссылкой в данную заявку. Тем не менее, до сих пор существует потребность в соединительных клапанах, которые не могут быть легко открыты. Некоторые отвечающие критериям патентоспособности клапаны, описанные здесь, были описаны в совместно рассматриваемой предварительной заявке на изобретение США №60/957362 того же заявителя, поданной 22 августа 2007 г. Заявка '362 ссылкой полностью включается в данное описание.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0009] Отвечающий критериям патентоспособности клапан может быть использован с источниками топлива или баллончиками, содержащими топливо для топливных элементов, и содержит две детали клапана. Первая деталь клапана обычно содержит уплотнение, а вторая деталь клапана имеет тонкостенную трубу, предназначенную для приема первой детали клапана для перемещения или сжатия уплотняющего элемента в первой детали клапана для создания протока через обе детали клапана. Первый клапан имеет относительно неподвижную среднюю стойку, которая защищает уплотняющий элемент посредством ограничения доступа к нему. Преимуществом отвечающего критериям патентоспособности клапана является то, что тонкостенная труба должна иметь заранее определенные размер и форму для того, чтобы пройти среднюю стойку и достигнуть уплотняющего элемента.

[0010] В некоторых вариантах осуществления вторая деталь клапана также имеет уплотняющий элемент и во время соединения данный уплотняющий элемент также движется или сжимается для открытия второго элемента клапана. Уплотняющий элемент может быть изготовлен из подходящих эластомерных материалов и может иметь форму, среди прочего, кольца или прокладки с различными размерами. Предпочтительно тонкостенная труба является цилиндрической, однако она может иметь и отличное от круглого поперечное сечение. Факультативно, тонкостенная труба имеет нестандартный размер и форму, т.е. не может быть легко найдена в обычно используемых бытовых изделиях и других предметах, что дополнительно ограничивает доступ к уплотняющему элементу.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0011] На сопроводительных графических материалах, которые являются частью описания и должны рассматриваться совместно с ним, для обозначения одинаковых деталей на различных видах используются одинаковые позиции:

[0012] фиг.1 представляет собой общий вид спереди источника топлива по данному изобретению, показывающий детали топливного элемента или устройства, которое питает топливный элемент;

[0013] фиг.2 представляет собой общий вид спереди источника топлива, изображенного на фиг.1, без боковых деталей устройства, но с соединительными трубками, приспособленными для открытия клапанов источника топлива;

[0014] фиг.3 представляет собой покомпонентный общий вид источника топлива, изображенного на фиг.2;

[0015] фиг.4 представляет собой поперечное сечение и частично покомпонентный вид источника топлива, изображенного на фиг.2;

[0016] фиг.5 представляет собой увеличенный частичный вид источника топлива, изображенного на фиг.4, показывающий клапан, соединяющий находящуюся под давлением камеру источника топлива с регулятором давления;

[0017] фиг.6 представляет собой увеличенный частичный вид источника топлива, изображенного на фиг.4, показывающий клапан, соединяющий источник топлива с топливным элементом или устройством, которое питает топливный элемент;

[0018] фиг.7 и 8 представляют альтернативный вариант осуществления клапанов, изображенных на фиг.5 и 6;

[0019] фиг.9а-9с представляют собой поперечные сечения другого иллюстративного клапана по данному изобретению, показывающие последовательность открытия от закрытого положения на фиг.9а до вхождения в зацепление и открытого положения на фиг.9b-с, и фиг.9d представляет собой покомпонентный общий вид клапана;

[0020] фиг.10а-10с представляют собой поперечные сечения другого иллюстративного клапана по данному изобретению, показывающие последовательность открытия от закрытого положения на фиг.10а до вхождения в зацепление и закрытого положения на фиг.10b и до открытого положения на фиг.10с, и фиг.10d представляет собой покомпонентный общий вид клапана;

[0021] фиг.11а-11с представляют собой поперечные сечения другого иллюстративного клапана по данному изобретению, показывающие последовательность открытия от закрытого положения на фиг.11а до вхождения в зацепление и закрытого положения на фиг.11b и до открытого положения на фиг.11с, и фиг.11d представляет собой покомпонентный общий вид клапана;

[0022] фиг.12а представляет собой поперечное сечение иллюстративной детали клапана по данному изобретению, и фиг.12b представляет собой покомпонентный общий вид детали клапана;

[0023] фиг.13а представляет собой поперечное сечение другой иллюстративной детали клапана по данному изобретению, и фиг.13b представляет собой покомпонентный общий вид детали клапана;

[0024] фиг.14а-с представляют собой поперечные сечения другого иллюстративного клапана, показывающие последовательность открытия клапана, и фиг.14d представляет собой покомпонентный общий вид клапана; и

[0025] фиг.15а представляет собой покомпонентное поперечное сечение другого иллюстративного клапана, и фиг.15b представляет собой покомпонентный вид клапана.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0026] Как изображено на прилагаемых графических материалах и подробно изложено ниже, данное изобретение относится к источнику топлива, который хранит топлива для топливных элементов, такие как метанол и вода, смесь метанола и вода, смеси метанола и воды с различными концентрациями, чистый метанол, и/или клатраты метила, описанные в патентах США №№5364977 и №6512005 В2, описания которых полностью включаются ссылкой в данную заявку. Метанол и другие спирты могут использоваться в различных типах топливных элементов, например, МТЭПО, топливных элементах на ферментах и топливных элементах, использующих процесс риформинга, кроме прочего. Источник топлива может содержать другие типы топлив для топливных элементов, такие как эталон или спирты; гидриды металлов, такие как борогидриды натрия; другие химические вещества, которые могут быть преобразованы в водород; или другие химические вещества, улучшающие функционирование или эффективность топливных элементов. Также топлива включают электролит гидроксида калия (КОН), который используется с металлическими топливными элементами или щелочными топливными элементами, и может храниться в источниках топлива. Для металлических топливных элементов топливо находится в форме взвешенных в жидкости частиц цинка, погруженных в электролитный реакционный раствор КОН, а аноды в полостях элемента представляют собой раздельные аноды, выполненные из частиц цинка. Электролит КОН описан в публикации заявки на патент США №2003/0077493, под названием "Способ использования системы топливных элементов, выполненной для питания одного или нескольких потребителей", опубликованной 24 апреля 2003, описание которой полностью включается ссылкой в эту заявку. Также топлива могут включать смесь метанола, пероксида водорода и серной кислоты, которая протекает через катализатор, выполненный на кремниевых кристаллах для образования реакции топливного элемента. Кроме того, топлива включают композицию или смесь метанола, борогидрида натрия, электролита и другие соединения, такие как описанные в патентах США №№6554877, 6562497 и 6758871, описания которых полностью включаются ссылкой в эту заявку. Кроме того, топлива включают композиции, частично растворенные в растворителе и частично взвешенные в растворителе, описанные в патенте США №6773470, и композиции, которые включают как жидкие, так и твердые топлива, описанные в публикации заявки на патент США №2002/0076602. Подходящие топлива также раскрыты в совместно рассматриваемой заявке на патент США №60/689,572 того же заявителя, под названием "Топливо для генерирующих водород баллончиков", поданной 13 июня 2005 г. Эти ссылки также полностью включаются ссылкой в данное описание.

[0027] Топлива также включают химический гидрид, такой как борогидрид натрия (NaBH₄), и активатор, такой как вода, рассмотренные выше, или гидриды металлов, которые абсорбируют и адсорбируют водород матрицей гидрида при некоторой температуре и давлении и высвобождают водород как топливо для топливных элементов при другой температуре и давлении. Подходящие гидриды металлов включают, кроме прочего, пентаникель лантана (LaNi₅) и гидриды металлов, которые описаны в предварительной заявке США №60/782632 того же заявителя, поданной 15 марта 2006 г., описание которой полностью включается ссылкой в эту заявку.

[0028] Топлива могут дополнительно включать водородные топлива, которые включают, кроме прочего, бутан, керосин, спирт и природный газ, как указано в публикации заявки на патент США №2003/0096150, под названием «Устройство топливного элемента с жидким устройством сопряжения», опубликованной 22 мая 2003 г., описание которой ссылкой полностью включается в настоящее описание. Кроме того, топлива могут включать жидкие окислители, реагирующие с топливами. Настоящее изобретение, таким образом, не ограничивается каким-либо типом топлив, активаторов, электролитических растворов, растворов окислителей или жидкостей или твердых веществ, содержащихся в источнике топлива или иным образом используемых системой топливного элемента. Термин «топливо», используемый в тексте настоящего описания, охватывает все виды топлива, которые могут реагировать в топливных элементах или источнике топлива, и охватывает, помимо прочего, все указанные выше приемлемые топлива, электролитические растворы, растворы окислителей, газы, жидкости, твердые вещества и/или химические вещества, включая добавки и катализаторы, и их смеси.

[0029] Термин «источник топлива», используемый в тексте настоящего описания, охватывает среди прочего одноразовые баллончики, перезаправляемые/многоразовые баллончики, контейнеры, баллончики, вставляемые в электронные устройства, сменные баллончики, баллончики, находящиеся снаружи электронных устройств, топливные емкости, заправочные топливные емкости, другие емкости, в которых хранится топливо, и трубки, подсоединенные к топливным емкостям и контейнерам. Хотя ниже баллончик описывается применительно к иллюстративным вариантам осуществления настоящего изобретения, следует отметить, что эти варианты осуществления применимы и к другим источникам топлива и что настоящее изобретение не ограничивается каким-либо конкретным типом источников топлива.

[0030] Источник топлива по настоящему изобретению можно использовать и для хранения топлив, которые не используются в топливных элементах. К числу этих применений относится, среди прочего, хранение углеводов и водородных топлив для газотурбинного микродвигателя, выполненного на кремниевых кристаллах, рассмотренного в статье "Here Come the Microengines", опубликованной в журнале "Industrial Physicist" (декабрь 2001 г. / январь 2002 г.), стр.20-25. Термин «топливный элемент», используемый в тексте настоящего описания, включает и микродвигатели. К числу других применений относится хранение традиционных топлив для двигателей внутреннего сгорания и углеводородов, например бутана, для карманных и бытовых зажигалок, и жидкого пропана.

[0031] На фиг.1-4 изображен источник топлива 10. Источник топлива 10 может иметь любую подходящую форму, включая, кроме прочего, изображенную форму. Источник топлива 10 имеет наружную оболочку 12, крышку 14, первый клапан 16 и второй клапан 18. Крышка 14 плотно прилегает к наружной оболочке 12, и между ними находится уплотнительное кольцо 13. Уплотнение также может быть успешно выполнено посредством клеев или ультразвуковой сварки. Первый клапан 16 имеет размеры и откалиброван так, чтобы состыковываться с регулятором давления 20, и второй клапан 18 имеет размеры и откалиброван так, чтобы состыковываться с клапаном устройства 22. В одном варианте осуществления источник топлива 10 является одноразовым и, более предпочтительно, пригодным для повторного использования. Более конкретно, наружная оболочка 12 является пригодной для повторного использования или является многоразовой, а внутренняя оболочка 28 и/или крышка 14 являются одноразовыми. Для экономии затрат регулятор давления 20 и клапан устройства 22 предпочтительно являются многоразовыми и присоединены к топливному элементу или устройству, которое питает топливный элемент, или являются их частями.

[0032] Обратимся к фиг.3-5, на которых подробно изображены внутренние детали, при этом источник топлива 10 имеет камеру со сжатым газом 24 и камеру с жидким топливом 26, где жидкое топливо хранится внутри оболочки 28. Как отмечалось выше, жидкое топливо может быть топливом, которое используется непосредственно топливным элементом, таким как метанол и этанол. Также жидкое топливо может быть жидким реагентом, который подвергается гидролизу в реакционной камере для получения водорода, который питает топливный элемент, таким как вода или другие активаторы, вступающие в реакцию с гидридом твердого металла для образования водородного топлива.

[0033] Первый клапан 16 позволяет сжатому газу выйти из камеры с газом под давлением или камеры со сжатым газом 24 источника топлива 10 для того, чтобы попасть в регулятор давления 20, и после чего газ пониженного давления направляется обратно в источник топлива 10 и в камеру с жидким топливом 26 для приложения давления на оболочку 28. Первый клапан 16 содержит корпус клапана 30, который плотно прилегает к боковым стенкам камеры со сжатым газом 24 и уплотнен уплотнительным кольцом 32. Внутренняя средняя стойка 34 закреплена в корпусе клапана 30, например, посадкой с натягом, так что относительное перемещение между внутренней средней стойкой 34 и корпусом клапана 30 практически отсутствует. Канал потока 36 образован между стержнем внутренней средней стойки 34 и корпусом клапана 30. В одном примере стержень имеет цилиндрическую форму и часть стрежня спилена для образования плоской поверхности. Внутренний канал потока 36 выполнен между плоской поверхностью и корпусом клапана 30, как лучше всего видно на фиг.3 и 5. Как изображено, внутреннее уплотнение из эластомера 38 размещено между головной частью внутренней средней стойки 34 и верхней частью корпуса клапана 30 для обеспечения уплотнения внутреннего канала потока 36. Первый клапан 16 также имеет внешнюю среднюю стойку 40, которая размещена кольцеобразно вокруг внутренней средней стойки 34, при этом, как изображено, между ними остается пространство. Внешняя средняя стойка 40 также закреплена в корпусе клапана 30, например, посадкой с натягом, так что относительное перемещение между внешней средней стойкой 40 и корпусом клапана 30 практически отсутствует. Внешний канал потока 42 образован вокруг внешней средней стойки 40, чтобы позволить газу пониженного давления из регулятора давления 20 повторно войти в источник топлива 10. Внутри источника топлива 10 внешний канал потока 42 повторно направлен в камеру с жидким топливом 26, как лучше всего видно на фиг.5. Внешнее уплотнение из эластомера 44 обеспечивает уплотнение внешнего канала потока 42 и расположено ниже головной части внешней средней стойки 40 и факультативного колпачка 46. Колпачок 46 может отсутствовать и корпус клапана 30 может быть удлинен вверх для достижения внешнего уплотнения из эластомера 44, или уплотнение из эластомера 44 может быть удлинено вниз для достижения корпуса клапана 30.

[0034] Хотя внутренний канал потока 36 изображен находящимся внутри внешнего канала потока 42, эти два канала потока могут быть размещены в обратном порядке или параллельно. Также протоки 36 и 42 могут быть выполнены в противоположных направлениях, как отмечено выше и на фиг.5.

[0035] Как изображено на фиг.3 и 5, первый клапан 16 является закрытым или герметизированным. Для открытия первого клапана 16 трубой 48 нажимают на первый клапан 16. Труба 48 содержит внутреннюю трубу 50 и внешнюю трубу 52. Эти трубы могут быть соединены друг с другом для сохранения их взаимного расположения, например, спицами или внутренними перегородками (не показано). Внутренняя труба 50 имеет размеры и откалибрована так, чтобы соответствовать пространству 54 между внутренней средней стойкой 34 и внешней средней стойкой 40, и внешняя труба 52 имеет размеры и откалибрована так, чтобы соответствовать пространству 56 между внешней средней стойкой 40 и крышкой 14. Внутренняя труба 50 сжимает внутреннее уплотнение из эластомера 38, чтобы открыть проток 36, и внешняя труба 52 сжимает внешнее уплотнение из эластомера 44, чтобы открыть проток 42. Сжатый газ покидает источник топлива 10 через проток 36, а газ пониженного давления повторно входит в источник топлива через проток 42 для оказания давления на жидкое топливо.

[0036] В инновационном аспекте данного изобретения, поскольку первый клапан 16 содержит средние стойки 34, 40, он не является взаимозаменяемым. В частности, клапан 16 открывается только после того, как трубу 48 подходящего диаметра вставляют в кольцеобразное пространство вокруг средних стоек 34, 40 для сжатия уплотнений из эластомера 38, 44. Средние стойки 34, 40 спроектированы так, чтобы не допустить открывание клапана посторонними объектами с большим или меньшим диаметром (например, ручками, карандашами, скрепками, пальцами, и подобным). Средние стойки 34 и 40 могут быть присоединены к клапану корпуса 30 различными способами, такими как защелкивание, клей, ультразвуковая сварка, и т.д., при условии, что относительные движения между стойками и клапаном корпуса ограничены. Предпочтительно, средние стойки 34, 40 могут быть собраны после или во время операции заправки. Следовательно, поток топлива в баллончике будет быстрее и менее ограниченным, чем в других образцах.

[0037] Второй клапан 18 является подобным первому клапану 16, за исключением того, что он выполнен только для того, чтобы жидкое топливо выходило из источника топлива 10. Второй клапан 18 содержит клапан корпуса 58 и среднюю стойку 60, которая в целом подобна внутренней средней стойке 34 первого клапана 18, описанной выше. Уплотнение из эластомера 62, герметизирующее второй клапан 18 и канал потока 64, расположено между внутренней стойкой 60 и корпусом клапана 58. Оболочка 28 герметично присоединена к корпусу клапана 58. Труба 66 имеет размеры и откалибрована так, чтобы входить в пространство 68 во втором клапане 18 для сжатия уплотнения из эластомера 62 и открытия второго клапана 18, чтобы позволить жидкому топливу, выталкиваемому сжатым газом из канала потока 64, покинуть источник топлива 10.

[0038] Факультативно, трубы 48 или 66 имеют нестандартные размеры. Другими словами, их размеры отличаются от размеров изделий, обычно встречающихся в домах или офисах, так что случайно сжать уплотняющие элементы 38, 44 или 62 более сложно. Альтернативно, трубы 48 или 66 должны иметь сечения, отличные от круглого или многоугольные (нормальные или неправильной формы). Конечно, средние стойки 34, 40 или 60 должны иметь соответствующие формы для того, чтобы принять трубы.

[0039] В альтернативном варианте осуществления, изображенном на фиг.7-8, уплотнения из эластомера 38, 44 и 62 заменены уплотнительными кольцами 38', 44' и 62' или другими уплотняющими элементами, такими как прокладки, литые сегменты из эластомера, шарики из эластомера и подобное. Средние стойки 34' и 40' изменены для обеспечения угловых поверхностей посадки для уплотнения уплотнительными кольцами. В этом варианте осуществления средняя стойка 60' имеет внешнее кольцо 61', чтобы обеспечить зазор 68' для вхождения трубы 66 и открытия второго клапана 18.

[0040] Как изображено на фиг.5-8, а также на других фигурах, верхняя поверхность клапанов 16 и 18, обращенная к трубам 48 и 66, может также быть определена как контактная поверхность.

[0041] В других альтернативных вариантах осуществления первый клапан 16 или второй клапан 18 могут иметь уплотняющий элемент 70 (например, уплотнительное кольцо, уплотнительная поверхность, прокладка, литой сегмент из эластомера, шарик из эластомера или подобное), расположенный возле входа каждого клапана. Например, как изображено на фиг.9(а)-9(с) и фиг.10(а)-10(с), уплотняющий элемент 70 может быть уплотнительным кольцом, расположенным в канавках, образованных в корпусе клапана 58 второго клапана 18. Между корпусом клапана 58, уплотняющим элементом 70 и средней стойкой 60 выполнено уплотнение. Пространство 68 выполнено между корпусом клапана 58 и средней стойкой 60. В этом варианте осуществления труба 66 имеет размеры и откалибрована так, чтобы быть большей, чем средняя стойка 60, и когда труба 66 вставлена в пространство 68, она толкает уплотнительное кольцо 70 наружу, для обеспечения канала потока 64 между трубой 66 и средней стойкой 60, как изображено на фиг.9(b) и 9(с). Дальнейший ввод трубы 66, как изображено на фиг.9(с), обеспечивает стабильность трубы 66 внутри корпуса клапана 58. Когда труба 66 вставлена в пространство 68, как изображено на фиг.9(b), межкомпонентное уплотнение факультативно образуется между трубой 66 и корпусом клапана 58. На фиг.9(d) изображен покомпонентный вид клапана 18 и трубы 66.

[0042] Вариант осуществления на фиг.10(a)-(d) подобен варианту осуществления на фиг.9(a)-(d), за исключением того, что кроме уплотнения, обеспеченного уплотнительным кольцом 70, обеспечивают второе уплотнение посредством уплотнения из эластомера 62 и средней стойки 70. Здесь, когда труба 66 толкает в сторону уплотнительное кольцо 70, клапан 18 остается закрытым, как изображено на фиг.10(b), пока труба 66 сжимает уплотнение из эластомера 62, как изображено на фиг.10(с), для создания протока 64. На фиг.10(d) изображен покомпонентный вид контактирующих трубы 66 и клапана 18.

[0043] Хотя последовательность на фиг.9(а)-9(с) и фиг.10(а)-10(с) показана для клапана 18, аналогичная последовательность может быть применена для образования межкомпонентного уплотнения между трубой 48 и клапаном 16 и последующего открытия внутренних уплотнений внутри клапана 16.

[0044] Последовательность закрытия клапана 16 или клапана 18 подобна обратному процессу последовательности открытия, описанной выше. Вначале баллончик 10 отсоединяют от устройства или вручную, или автоматически посредством любого выбрасывающего устройства, известного из уровня техники, и любое сжатое уплотнение (например, уплотнения из эластомера 38, 44 и 62, уплотнительные кольца 38', 44' и 62' или уплотняющий элемент 70) высвобождает свою сохраненную энергию и возвращается в свое первоначальное положение. Преимущественно, в одном конкретном варианте осуществления, сжатое уплотнение само по себе может действовать как выбрасывающее устройство. В результате, нет необходимости в усилии внешней пружины для выброса баллончика 10 и сохраняется пространство внутри баллончика 10. После выброса баллончика и возвращения уплотнений из эластомера в их первоначальное положение средняя стойка снова входит во взаимодействие с уплотнениями из эластомера для того, чтобы перекрыть протоки в топливный баллончик.

[0045] На фиг.11(a)-(d) изображен другой вариант осуществления данного изобретения. Как показано, соединительный клапан 72 содержит две детали клапанов 74 и 76. Одна деталь клапана стыкуется или с источником топлива, или с устройством (например, топливным элементом, заправочным устройством или любым другим устройством, используемым в системе топливного элемента), а другая деталь клапана стыкуется с другим источником топлива или устройством. Предпочтительно, первая деталь клапана 74 стыкуется с устройством, а вторая деталь клапана 76 предпочтительно стыкуется с источником топлива. На фиг.11(а)-11(с) изображена последовательность, показывающая соединение первой детали клапана 74 и второй детали клапана 76 и открытие внутренних уплотнений в них, а на фиг.11(d) изображен покомпонентный вид соединительного клапана 72.

[0046] Первая деталь клапана 74 содержит корпус с верхней частью 77а и нижней частью 77b. Верхняя часть 77а охватывает шланг 78, который соединяется по жидкости с уплотнительным кольцом 80. Уплотнительное кольцо 80 образует внутреннее уплотнение со средней стойкой 81, которая изображена выполненной как одно целое с корпусом 77а. Внутренняя труба 82, которая имеет пару диаметрально противоположных отверстий 84, выполнена для выборочного сжатия уплотнительного кольца 80. Внутренняя труба 82 имеет размеры и откалибрована так, чтобы плотно входить во внешнюю трубу 86. Трубы 82 и 86 имеют размер и откалиброваны так, чтобы заданное пространство между ними было частью протока. И внутренняя труба 82, и внешняя труба 86 расположены внутри нижней части 76b и могут быть соединены между собой спицами и внутренними перегородками (не показаны) для подержания их относительного расположения. Когда уплотнительное кольцо 80 не сжато, оно прилегает к средней стойки 81 для уплотнения детали клапана 74. Когда оно сжато, создается проток через деталь клапана 74 от шланга 78 через сжатое уплотнительное кольцо 80 в пустотелый конец трубы 82 и через отверстие(я) 84 и через пространство между внутренней трубой 82 и внешней трубой 86.

[0047] Также вторая деталь клапана 76 содержит несколько элементов, включая корпус 88 с верхней частью 88а и нижней частью 88b. Преимущественно, средняя стойка 90 закреплена к нижней части 88b и имеет угловые поверхности посадки, которые формируют внутреннее уплотнение с уплотнительным кольцом 92. Нижняя часть 88b также имеет шланг 94, который соединен по жидкости с уплотнительным кольцом 92. Также внешняя труба 86 детали клапана 74 является большей, чем средняя стойка 90, чтобы обеспечить поток жидкости между ними.

[0048] Первая деталь клапана 74 и вторая деталь клапана 76 могут быть соединены между собой болтами 96 в каналах 98. Кроме того, между первой деталью клапана 74 и второй деталью клапана 76 может быть выполнено уплотнительное кольцо (не показано) для того, чтобы облегчить межкомпонентное уплотнение между двумя деталями клапана.

[0049] На фиг.11(а) изображена первая деталь клапана 74, отсоединенная от второй детали клапана 76. Для соединения источника топлива с топливным элементом и для транспортировки топлива от источника топлива к топливному элементу внешняя труба 86 первой детали клапана 74 вводится в пространство 100 вокруг средней стойки 90 во второй детали клапана 76, как изображено на фиг.11(b), до тех пор, пока она не достигнет уплотнительного кольца 92. На фиг.11(с) внутренние уплотнения в первой детали клапана 74 и второй детали клапана 76 открыты для создания протока 101. Внутреннее уплотнение в первой детали клапана 74 открывается, когда средняя стойка 90 толкает трубу 82, которая в свою очередь сжимает уплотнительное кольцо 80. Внутреннее уплотнение во второй детали клапана 76 открывается, когда внешняя труба 86 первой детали клапана 74 сжимает уплотнительное кольцо 92. Проток создается во второй детали клапана 76 от шланга 94 вокруг сжатого уплотнительного кольца 92 и через пространство между средней стойкой 90 и внешней трубой 86 первой детали клапана 74. Как изображено на фиг.11(с), проток 101 является комбинацией протоков в первой детали клапана 74 и во второй детали клапана 76. Топливо может течь через проток 101 как в направлении от шланга 78 к шлангу 94, так и в обратном направлении.

[0050] При создании протока 101 первая деталь клапана 74 может быть открыта одновременно со второй деталью клапана 76, или две детали клапана могут последовательно открываться через определенное время после образования соединения между ними. Как будет понятно специалисту в данной области техники, в некоторых ситуациях преимущество заключается в том, чтобы открыть проток к устройству перед открытием протока к баллончику 10, например, для того, чтобы удостовериться, что устройство готово принимать жидкость или газ перед тем, как организовать доступ топлива, хранимого в баллончике 10. Данное последовательное открытие может быть достигнуто посредством просто регулировки длины внутренней трубы 82, внешней трубы 86 или средней стойки 90. Например, если первая деталь клапана 74 находится на устройстве, внешняя труба 86 может быть укорочена, или внутренняя труба 82 или средняя стойка 90 могут быть удлиненны. В этом случае средняя стойка 90 перемещает внутреннюю трубу 82 перед тем, как внешняя труба 86 вступит во взаимодействие с уплотнительным кольцом 92. Альтернативно, если вторая деталь клапана 76 находится на устройстве, внешняя труба 86 может быть удлинена так, что она сожмет уплотнительное кольцо 92 перед тем, как внутренняя труба 82 войдет во взаимодействие со средней стойкой 90. Любая из этих конструкций или их комбинации могут также привести к тому, что одна деталь клапана будет иметь более длинный ход для открытия своего протока, чем другая деталь клапана, так что одна деталь клапана имеет более долгую последовательность открытия, чем другая деталь клапана.

[0051] Другой вариант первой детали клапана 74' изображен на фиг.12(а) и 12(b). Здесь, средняя стойка 81 прикреплена к корпусу 77а посредством посадки с натягом, а нижняя часть корпуса 77b объединена с внешней трубой 86. Внутренняя труба 82 выполнена с возможностью незначительного перемещения вверх и вниз относительно нижнего корпуса 77b/внешней трубы 86 для сжатия и отпускания уплотнительного кольца 80. Функционирование данной детали клапана 74' подобно первой детали клапана 74, описанной на фиг.11(a)-(d).

[0052] Другой вариант первой детали клапана 74" изображен на фиг.13(а)-(b). Здесь, средняя стойка 81 выступает вниз и наружу и прикреплена к первой части корпуса 77а посадкой с натягом. Единичная труба 82/86 заменяет внутреннюю трубу 82 и внешнюю трубу 86 и выполнена подвижной для сжатия уплотнительного кольца 80, которое обеспечивает уплотнение со средней стойкой 80, как описано выше. Труба 82/86 плотно прилегает к средней стойке 81 и обеспечивает зазор между ними. Стопорное кольцо 105 выполнено для удержания трубы 82/86 внутри детали клапана 74" посредством взаимодействия с внешним кольцом 103 трубы 82/86. Когда уплотнительное кольцо 80 сжато, создается проток от трубы 78 вокруг меньшего стержня средней стойки 81 и вокруг сжатого уплотнительного кольца 80 и в пространство между трубой 82/86 и средней стойкой 81. При присоединении ко второй детали клапана 76, как изображено на фиг.11(a)-(d), труба 82/86 сжимает уплотнительное кольцо 92 второй детали клапана 76, а также уплотнительное кольцо 80 первой детали клапана 74, или одновременно, или последовательно, как изложено выше.

[0053] На фиг.14(a)-(d) изображен другой вариант клапана 18. В этом варианте осуществления средняя стойка 60 выполнена как одно целое с корпусом клапана 58, однако может быть выполнена отдельно от или присоединенной к корпусу клапана 58, как описано выше и ниже и на фиг.15(а)-(b). В этом случае уплотняющий элемент 62 представляет собой неплоскую прокладку или губчатую прокладку, обеспечивающую губчатое уплотнение со средней стойкой 60. Как лучше всего представлено на фиг.14(а), губчатая прокладка 62 удерживается между корпусом клапана 58 и стопорной шайбой 107. Уплотняющая часть прокладки 62 направлена вовнутрь и прижимается к средней стойке 60, как изображено, для обеспечения уплотнения. В данном варианте осуществления пространство 68 выполнено между стопорной шайбой 107 и средней стойкой 60, и имеет размеры, и откалибровано для приема трубы 66. Также между трубой 66 и средней стойкой 60 выполнен зазор для протекания топлива через него. Как изображено на фиг.14(b), трубу 66 вводят в деталь клапана 18 через пространство 68 до тех пор, пока она не достигнет губчатой прокладки 62 и пройдет за нее, как изображено на фиг.14(с). Как показано, как только труба 66 пройдет губчатую прокладку 62, создается топливный проток 64.

[0054] На фиг.15(а)-(b) изображен вариант детали клапана, изображенной на фиг.14(a)-(d). Эти две детали клапана подобны друг другу за исключением того, что прокладка 62 представляет собой плоскую прокладку и средняя стойка 60 выполнена отдельно от корпуса клапана 58. Кроме того, корпус клапана 58 имеет вырезанный канал 109, выполненный в нем, чтобы быть частью протока 64.

[0055] Варианты источника топлива 10 описаны в совместно рассматриваемой предварительной заявке на патент США №60/957362, поданной 22 августа 2007, того же патентообладателя. Заявка '362 полностью включается ссылкой в эту заявку.

[0056] Предполагается, что данное описание и примеры будут рассматриваться как иллюстративные в рамках объема и сущности изобретения, обозначенных в нижеследующей формуле изобретения и ее эквивалентах. Другие варианты осуществления данного изобретения будут очевидны для специалистов в данной области техники при рассмотрении описания и применения данного изобретения, изложенного здесь. Кроме того, детали или признаки одного варианта осуществления могут быть использованы в других вариантах осуществления.

Описан не взаимозаменяемый двухкомпонентный соединительный клапан для присоединения источника топлива к топливному элементу или другому устройству. Клапан содержит первую и вторую деталь клапана. Первая деталь клапана содержит корпус клапана, уплотняющий элемент и среднюю стойку. Средняя стойка присоединена к корпусу клапана так, что средняя стойка является в целом неподвижной относительно корпуса клапана. Уплотняющий элемент размещен на некотором расстоянии от контактной поверхности первой детали клапана и на контактной поверхности вокруг средней стойки выполнено пространство. Пространство имеет размеры и откалибровано так, чтобы принять тонкостенную трубу второй детали клапана. Когда тонкостенная труба надавливает на первую деталь клапана, она перемещает уплотняющий элемент на некоторое расстояние от герметизирующего положения для создания протока через обе детали клапана. Изобретение направлено на улучшение клапанов, которые позволяют сбрасывать газ, поддерживать герметичность, улучшать движение топлива через клапан. 18 з.п. ф-лы, 30 ил.

1. Клапан, содержащий первую и вторую деталь клапана,
при этом первая деталь клапана содержит корпус клапана, уплотняющий элемент и среднюю стойку, присоединенную к корпусу клапана, так что средняя стойка является в целом неподвижной относительно корпуса клапана,
при этом уплотняющий элемент размещен на некотором расстоянии от контактной поверхности первой детали клапана, и на контактной поверхности вокруг средней стойки выполнено пространство,
при этом пространство имеет размеры и откалибровано так, чтобы принять тонкостенную трубу второй детали клапана,
при этом, когда тонкостенная труба надавливает на первую деталь клапана, она перемещает уплотняющий элемент на некоторое расстояние от герметизирующего положения для создания протока через обе детали клапана.

2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что средняя стойка составляет одно целое с корпусом клапана.

3. Клапан по п.1, отличающийся тем, что проток содержит путь между трубой и средней стойкой и между средней стойкой и корпусом клапана.

4. Клапан по п.1, отличающийся тем, что уплотняющий элемент выбран из группы, состоящей из уплотнительных колец, уплотнений из эластомера, уплотнительных поверхностей, прокладок, литых сегментов из эластомера, плоских уплотнительных колец, неплоских уплотнительных колец, губчатых прокладок и шариков из эластомера.

5. Клапан по п.1, отличающийся тем, что первая деталь клапана дополнительно содержит вторую среднюю стойку, присоединенную к корпусу клапана, и второй уплотняющий элемент, расположенный на некотором расстоянии от контактной поверхности,
при этом второе пространство выполнено вокруг второй средней стойки, и при этом вторая деталь клапана содержит вторую трубу, имеющую размеры и откалиброванную так, чтобы войти во второе пространство для открытия второго протока через обе детали клапана.

6. Клапан по п.5, отличающийся тем, что вторая средняя стойка расположена концентрически вокруг средней стойки, и второе пространство расположено концентрически вокруг пространства.

7. Клапан по п.5, отличающийся тем, что проток и второй проток имеют противоположные направления.

8. Клапан по п.1, отличающийся тем, что уплотняющий элемент обеспечивает уплотнение между корпусом клапана и средней стойкой.

9. Клапан по п.1 или 8, отличающийся тем, что первая деталь клапана дополнительно содержит второй уплотняющий элемент между корпусом клапана и средней стойкой, и при этом тонкостенная труба второй детали клапана перемещает второй уплотняющий элемент для создания протока.

10. Клапан по п.1, отличающийся тем, что вторая деталь клапана дополнительно содержит корпус клапана, уплотняющий элемент и среднюю стойку, присоединенную к корпусу клапана, так что средняя стойка является в целом неподвижной относительно корпуса клапана.

11. Клапан по п.10, отличающийся тем, что тонкостенная труба является подвижной относительно корпуса клапана второй детали клапана для сжатия уплотняющего элемента второй детали клапана, чтобы открыть проток через вторую деталь клапана.

12. Клапан по п.10, отличающийся тем, что вторая деталь клапана дополнительно содержит вторую тонкостенную трубу, при этом вторая тонкостенная труба является подвижной относительно корпуса клапана второй детали клапана для сжатия уплотняющего элемента второй детали клапана.

13. Клапан по п.12, отличающийся тем, что вторая тонкостенная труба расположена концентрически вокруг тонкостенной трубы.

14. Клапан по п.13, отличающийся тем, что тонкостенная труба неподвижно присоединена к корпусу клапана второй детали клапана.

15. Клапан по п.1, отличающийся тем, что первая деталь клапана выполнена с возможностью соединения с одним из источников топлива или устройством, выбранным из группы, состоящей из топливного элемента, устройства, которое питает топливный элемент, заправочного устройства и регулятора давления, и
при этом вторая деталь клапана выполнена с возможностью соединения с другим источником топлива или указанным устройством.

16. Клапан по п.1, отличающийся тем, что при сжатии уплотняющий элемент содержит самовыбрасывающий механизм.

17. Клапан по п.11, отличающийся тем, что протоки в первой и второй деталях клапана открываются одновременно.

18. Клапан по п.11, отличающийся тем, что протоки в первой и второй деталях клапана открываются последовательно.

19. Клапан по п.1, отличающийся тем, что между первой и второй деталями клапана установлено межкомпонентное уплотнение.