CN211118297U - 降低冷量损失的低温阀门 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种降低冷量损失的低温阀门，涉及阀门技术领域，其用于解决现有技术中存在的阀门的冷量损失严重以及存在流体泄漏的问题。本实用新型的降低冷量损失的低温阀门，包括具有流体通道的阀座以及套设在所述阀座外壁上的真空套，真空套的内壁、阀座的外壁、第一隔膜的上表面和第二隔膜的下表面所限定的空腔为真空腔室，该真空腔室结构将阀座中的低温流体与外界隔绝，从而大大降低低温流体与外界的热交换，降低了冷量损失，同时由于第一、第二隔膜的作用，避免了因低温出现流体从阀芯处泄漏的情况。

Description

降低冷量损失的低温阀门

技术领域

本实用新型涉及阀门技术领域，特别地涉及一种降低冷量损失的低温阀门。

背景技术

传热的途径主要有三种形式：对流、辐射以及热传导。在阀门的领域，传热的主要形式为热传导。热传导效率的高低与传热面积、温差、传热系数关系很大，同等条件下，传热面积越大、温差越大以及传热系数越大，则传热效率越高。

当前阀门，以针阀为例，其主体结构由阀体、阀芯、密封件、紧固件等组成，其中阀门的通断功能由阀芯和阀体内部小孔的相互结合和分离来实现；阀门的密封功能主要是通过紧固件与密封件相互配合，通过压紧密封件来实现。

目前传统阀门阀体及阀芯主体部分均由金属部分组成，内部流通低温流体，外部与大气接触，金属材料成为低温流体与外界大气之间的直接传热介质，由于金属材料的传热系数一般都比较大，因此时间一长，往往在阀门的外表面会凝结成霜或冰块，低温流体通过阀门本身的金属材料吸热，造成大量冷量的浪费。为了减少冷量损失，部分阀门通过添加四氟垫的方式来降低冷量损失，但效果有限。

此外，为了防止流体的泄漏，人们设计了专门的隔膜阀，其通过内置的隔膜阀片来杜绝流体泄漏的情况，但隔膜阀同样具有传热系数大的特点。并且更重要的是，由于输运的是低温流体，尤其是温度极低的流体，如液氮，在其流经阀门过程中，会不断的使密封结构和四氟垫冷缩及硬化，因此在开关几次后，容易出现密封件失效，低温流体顺着阀芯和密封件及四氟垫的间隙泄漏的风险，因此，不仅冷量损失过大，更浪费了一定数量的低温流体。

实用新型内容

本实用新型提供一种降低冷量损失的低温阀门，其用于解决现有技术中存在的阀门的冷量损失严重以及存在流体泄漏的问题。

本实用新型提供一种降低冷量损失的低温阀门，包括具有流体通道的阀座以及套设在所述阀座外壁上的真空套，所述阀座的一侧密封地连接有第一隔膜，所述真空套中密封地连接有第二隔膜，所述第一隔膜和所述第二隔膜在轴向上相对设置；

其中，所述真空套的内壁、所述阀座的外壁、所述第一隔膜的上表面和所述第二隔膜的下表面所限定的空腔为真空腔室。

在一个实施方式中，所述真空套与所述阀座相连的部位形成薄壁结构。

在一个实施方式中，所述第一隔膜和所述第二隔膜之间设置有第二接触件，所述第二接触件的底面积较大的一端与所述第二隔膜的下表面相连，所述第二接触件的底面积较小的一端与所述第一隔膜的上表面相对设置。

在一个实施方式中，所述第一隔膜和所述第二隔膜之间还设置有第一接触件，所述第一接触件的底面积较大的一端与所述第一隔膜的上表面相连，所述第一接触件的底面积较小的一端与所述第二接触件的面积较小的一端相对设置；

其中，所述第二隔膜未产生弹性形变时所述第二接触件与所述第一接触件之间具有间隙。

在一个实施方式中，所述阀座内的流体通道包括与所述流体通道连通的第二孔，所述第二孔的端部设置有用于关闭或打开所述第二孔的阀芯。

在一个实施方式中，所述阀芯的第一端与所述第一隔膜的下表面相连，所述阀芯第二端的至少一部分伸入所述第二孔中，所述第一隔膜产生弹性形变使所述阀芯向靠近所述第二孔的方向运动，以使所述阀芯并关闭所述第二孔。

在一个实施方式中，所述阀芯的第二端构造为锥形尖端。

在一个实施方式中，所述阀芯的第一端设置有弹性件，所述弹性件与所述第一隔膜的下表面抵接，所述弹性件使所述阀芯沿远离所述第二孔的方向运动而打开所述第二孔。

在一个实施方式中，所述阀座内的流体通道还包括分别与所述第二孔连通的第一孔和第三孔，所述第一孔靠近所述流体通道的入口，所述第三孔靠近所述流体通道的出口；

所述第二孔的孔径大于或等于所述第一孔的孔径，所述第一孔的孔径大于或等于所述第三孔的孔径。

在一个实施方式中，还包括压杆机构，所述压杆机构包括：

压杆，所述压杆的端部与所述第二隔膜相接触，用于向所述第二隔膜施加载荷以使其产生弹性形变；以及

压杆螺套，所述压杆螺套设置在所述压杆和所述真空套之间，所述真空套的内壁与所述压杆螺套的外壁相连，所述压杆螺套的内壁与所述压杆的外壁形成螺纹连接。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

(1)真空套的内壁、阀座的外壁、第一隔膜的上表面和第二隔膜的下表面所限定的空腔为真空腔室，该真空腔室结构将阀座中的低温流体与外界隔绝，从而大大降低低温流体与外界的热交换，降低了冷量损失。

(2)将第一隔膜与阀座的上侧密封相连，则能够使阀座的流体通道中的低温流体彻底与阀座上部的结构进行隔绝，从而杜绝了低温流体从常规的孔轴配合间隙泄漏的可能。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本实用新型进行更详细的描述。

图1是本实用新型的实施例中降低冷量损失的低温阀门的剖视图；

图2是图1在B处的放大图；

图3是图1在C处的放大图。

在图中，相同的构件由相同的附图标记标示。附图并未按照实际的比例绘制。

附图标记：

1-阀座；11-第一孔；12-第二孔；13-第三孔；14-径向凸起；

2-真空套；3-第一隔膜；4-第二隔膜；5-阀芯；51-锥形尖端；

6-弹性件；61-复位弹簧；62-弹簧座；7-接触件；71-第一接触件；72-第二接触件；

8-压杆机构；81-压杆；82-压杆螺套；83-压盖；84-扳手；85-第一螺钉；86- 第二螺钉。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1-3所示，本实用新型提供一种降低冷量损失的低温阀门，其包括具有流体通道的阀座1以及套设在阀座1外壁上的真空套2，阀座1的上侧设置有第一隔膜3，真空套2的上侧设置有第二隔膜4，第一隔膜3和第二隔膜4在轴向上相对设置。

具体地，阀座1的一侧与第一隔膜3的下表面密封连接，真空套2中设置有台阶孔，第二隔膜4设置在该台阶孔中，并与真空套2形成密封连接。其中，真空套2的内壁、阀座1的外壁、第一隔膜3的上表面和第二隔膜4的下表面所限定的空腔为真空腔室。该真空腔室结构将阀座1中的低温流体与外界隔绝，从而大大降低低温流体与外界的热交换，降低了冷量损失。

进一步地，为了保证该真空腔室的真空度，将第一隔膜3与阀座1的上侧通过焊接相连，从而使阀座1的流体通道中的低温流体彻底与阀座1上部的结构进行隔绝，同时杜绝了低温流体从常规的孔轴配合间隙泄漏的可能。此外，第二隔膜4与真空套2之间可以采用焊接的方式进行连接，以保证良好的密封性，从而保证真空腔室的真空度。

可以理解地，第一隔膜3与阀座1之间以及第二隔膜4与真空套2之间还可以采用其他的连接方式以使二者密封连接。

在一个实施例中，为了减小阀座1与真空套2之间的接触面积，真空套2与阀座1相连的部位形成薄壁结构。具体地，阀座1的外壁上设置有径向凸起14，径向凸起14的宽度小于阀座1的半径，真空套2与径向凸起14相连。在真空套 2与径向凸起14相连的部位形成薄壁结构，由于低温流体是通过真空套2与径向凸起14的相连的薄壁部位(即图1所示的A处)向外传导热量，因此在保证结构强度的前提下，应该尽量减小薄壁结构的尺寸。具体地，可以减小径向凸起14 的宽度，从而使其与真空套2的接触部位的尺寸更小，从而使低温流体向外传导的传热面积大大缩小，从而降低了冷量损失。

经过试验证明，本实用新型的低温阀门结构与常规结构相比，传热速率可降低10倍以上。

可以理解地，还可通过其他方式来设置薄壁结构，例如在真空套2上也设置径向凸起，使上述两个径向凸起相互接触，以减小接触面积。

需要说明的是，本实用新型的真空腔室真空排气结构(图中未示出)可以采用现有的通用技术，在此不再赘述。

第一隔膜3和第二隔膜4之间还设置有接触件7，如图2所示，接触件7包括第二接触件72，其中，第二接触件72构造为圆台形状，其底面积较大的一端与第二隔膜4的下表面相连，而底面积较小的一端与第一隔膜3的上表面相对设置。

进一步地，接触件7还包括第一接触件71，其形状可以与第二接触件72相类似，即第一接触件71也构造为圆台形状。其中，第一接触件71的底面积较大的一端与第一隔膜3的上表面相连，第一接触件71的底面积较小的一端与第二接触件72的面积较小的一端相对设置。如图2所示，第二隔膜4未产生弹性形变时第二接触件72与第一接触件71之间具有间隙。利用第一接触件71和第二接触件72上相对应部分的底面积较小的两个端面互相接触，能够减小接触面积，进而尽量减少接触过程中通过此处向外传递的冷量。具体地，由于当第一接触件 71和第二接触件72相接触时，阀座1内流体通道中的低温流体的冷量会顺着阀芯5、第一接触件71以及第二接触件72向外部传递，因而减小第一接触件71和第二接触件72的接触面积，可减少其冷量传递的损失。

可以理解地，第一接触件71和第二接触件72可以构造为其他形状，只要是通过减小接触面积来减少热传递的冷量的设计方案均应纳入本实用新型的保护范围之内。

为了方便制造和安装，第一接触件71、第二接触件72、第一隔膜3与第二隔膜4的轴线相互重合。

在一个实施例中，阀座1内的流体通道包括与流体通道连通的第二孔12，优选地，第二孔12的轴线方向与阀座1的轴线方向垂直，第二孔12的端部设置有用于关闭或打开第二孔12的阀芯5。

请一并结合图3，具体地，阀芯5的第一端与第一隔膜3的下表面相连，阀芯5第二端的至少一部分伸入第二孔12中，第一隔膜3产生弹性形变使阀芯5 向远离第一隔膜3的方向运动，以使阀芯5关闭第二孔12。其中，阀芯5的第二端构造为锥形尖端51。第一隔膜3未产生弹性形变时，锥形尖端51与第二孔12 的端部之间留有一定尺寸的环状间隙，此时第二孔12处于打开状态。

阀芯5中伸入第二孔12的端部设置为锥形尖端51是为了更好的进行截断低温流体。具体来说，第一，其能够对低温流体进行截断并密封，第二，通过锥体结构，有利于减小阀芯5截断流体时所需向下移动的距离。如图3所示的实施例中，锥形尖端51的锥角，即锥形尖端51所在的锥面母线与轴线之间的夹角，如图1所示，该角度为45度角，而该角度越大，则阀芯5需要向下移动的距离就越短。

可以理解地，阀芯5中伸入第二孔12的端部可以是如图3所示的锥形尖端 51结构，也可以是其他能够关闭第二孔12的结构，例如圆柱形凸台结构等。

进一步地，阀芯5的第一端设置有弹性件6，弹性件6与第一隔膜3的下表面相连，弹性件6使阀芯5向靠近第一隔膜3的方向运动，以使阀芯5沿第二孔 12的轴线离开第二孔12而打开第二孔12。

需要说明的是，设置弹性件6的目的是为了向阀芯5提供主动的回弹力，从而使阀芯5能够顺利地离开第二孔12而打开第二孔12。

具体地，弹性件6包括弹簧座62和复位弹簧61，弹簧座62套在阀芯5的外部，复位弹簧61的一端与第一隔膜3的下表面相连，另一端与弹簧座62相连，当第一隔膜3产生弹性形变时压缩复位弹簧61，同时第一隔膜3推动阀芯5靠近第二孔12，从而其锥形尖端51伸入第二孔12的端部以关闭第二孔。当第一隔膜 3上的载荷卸载后，复位弹簧61复位，则带动阀芯5远离第二孔12，从而其锥形尖端51离开第二孔12的端部以打开第二孔。

需要说明的是，为了方便制造和安装，阀芯5的轴线方向与第二孔12的轴线方向重合，即阀芯5上下运动时刻沿第二孔12的轴向方向进行运动。

此外，阀座1内的流体通道还包括分别与第二孔12连通的第一孔11和第三孔13，第一孔11靠近流体通道的入口(即图1所示左侧)，第三孔13靠近流体通道的出口(即图1所示右侧)。优选地，为了方便控制公差，第一孔11和第三孔13的轴线方向均与第二孔12的轴线方向垂直。

由于第二孔12起到导通或阻断流体的功能，因此第二孔12的孔径大于或等于输入侧第一孔11的孔径，第一孔11的孔径大于或等于输出侧第三孔13的孔径，以保证流体的正常流动而不会阻塞。

若第二孔12为打开状态，则低温流体从入口通过第一孔11直接进入后续腔体，并流过上述的环状间隙(第一隔膜3未产生弹性形变时，锥形尖端51与第二孔12的端部之间留有一定尺寸的环状间隙)后经过第三孔13流出阀座1。低温流体的流向如图1中的箭头所示。

上文所述的环状间隙的面积大于等于第三孔13的截面积，进一步地，第二孔12的孔径超过第三孔13的孔径越多，阀芯5的锥角相应地就越大，则关闭第二孔12时，第一隔膜3带动阀芯5在轴线方向移动的距离就可以越短。

需要说明的是，本实用新型中的第一隔膜3和第二隔膜4均可产生弹性形变，从而在轴线方向上下移动一定的尺寸。尤其是第一隔膜3，其可以在低温下仍能保持良好的机械性能和材料性能，以保证阀门整体结构强度以及材料本身的密封性。

本实用新型中的第一隔膜3和第二隔膜4可采用现有的耐低温隔膜片，其最低工作温度为-130℃，最大工作压力为6bar。

在一个实施例中，本实用新型的低温阀门还包括压杆机构8，压杆机构8包括压杆81和压杆螺套82，其中，压杆81的端部与第二隔膜4相接触，用于向第二隔膜4施加载荷以使其产生弹性形变；压杆螺套82设置在压杆81和真空套2 之间真空套2的内壁与压杆螺套82的外壁相连，压杆螺套82的内壁与压杆81 的外壁形成螺纹连接。

如图1所示，真空套2与压杆螺套82之间可以通过焊接进行连接，可以采用其他的密封连接的方式。压杆81与压杆螺套82形成螺纹连接，使压杆81能够沿其轴线方向上下移动。

此外，压杆81与第二隔膜4之间的接触的部位进行耐磨处理，以增加低温阀门的使用寿命。

进一步地，压杆机构8还包括压杆81上端的扳手84和压盖83，扳手84与压杆81通过第一螺钉85相连，通过扳手84使压杆81旋转，以实现压杆81的上下移动。压盖83通过第二螺钉86与压杆螺套82固定在一起，对压杆81起到向上限位的作用。

其中，扳手84起到辅助旋转压杆81的作用，其可以构造为如图1所示的长条状，当然可以是圆形或其他形状。

下面对本实用新型的低温阀门的关闭和打开的过程进行说明。

在如图1所示的状态，即低温阀门为打开的状态，通过转动扳手84以旋转压杆81，使压杆81向下运动，从而接触到第二隔膜4，进一步旋转扳手84，使压杆81对第二隔膜4施加向下的压力，则第二隔膜4产生弹性形变，从而将压力传递给第一隔膜3。第一隔膜3受压产生弹性形变，从而使阀芯5沿其轴线方向向下移动，使锥形尖端51伸入第二孔12中使第二孔12关闭。从而第一孔11 和第三孔13之间断开，流体被阻断实现关闭低温阀门的功能。

反之，转动扳手84以反向旋转压杆81，则压杆81向上运动，使压杆81离开第二隔膜4，则第一接触件71与第二接触件72分开，阀芯5在弹性件6的作用下复位，使锥形尖端51离开第二孔12，使第二孔12打开，从而第一孔11和第三孔13之间导通，流体依次流过第一孔11、第二孔12和第三孔13并流出阀座1，实现打开低温阀门的功能。

需要说明的是，“上端”和“下端”是以描述对象阀座1使用时所处的状态为基准定义的，可以确定的是，上述方位词的使用仅用于清楚表达适配构件之间的相对位置关系，对于本方案的保护范围并未构成实质性限制。

本实用新型的有益效果如下：

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

(1)真空套2的内壁、阀座1的外壁、第一隔膜3的上表面和第二隔膜4 的下表面所限定的空腔为真空腔室，该真空腔室结构将阀座1中的低温流体与外界隔绝，从而大大降低低温流体与外界的热交换，降低了冷量损失；

(2)将第一隔膜3与阀座1的上侧密封相连，则能够使阀座1的流体通道中的低温流体彻底与阀座1上部的结构进行隔绝，从而杜绝了低温流体从常规的孔轴配合间隙泄漏的可能。

虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种降低冷量损失的低温阀门，其特征在于，包括具有流体通道的阀座(1)以及套设在所述阀座(1)外壁上的真空套(2)，所述阀座(1)的一侧密封地连接有第一隔膜(3)，所述真空套(2)中密封地连接有第二隔膜(4)，所述第一隔膜(3)和所述第二隔膜(4)在轴向上相对设置；

其中，所述真空套(2)的内壁、所述阀座(1)的外壁、所述第一隔膜(3)的上表面和所述第二隔膜(4)的下表面所限定的空腔为真空腔室。

2.根据权利要求1所述的降低冷量损失的低温阀门，其特征在于，所述真空套(2)与所述阀座(1)相连的部位形成薄壁结构。

3.根据权利要求1或2所述的降低冷量损失的低温阀门，其特征在于，所述第一隔膜(3)和所述第二隔膜(4)之间设置有第二接触件(72)，所述第二接触件(72)的底面积较大的一端与所述第二隔膜(4)的下表面相连，所述第二接触件(72)的底面积较小的一端与所述第一隔膜(3)的上表面相对设置。

4.根据权利要求3所述的降低冷量损失的低温阀门，其特征在于，所述第一隔膜(3)和所述第二隔膜(4)之间还设置有第一接触件(71)，所述第一接触件(71)的底面积较大的一端与所述第一隔膜(3)的上表面相连，所述第一接触件(71)的底面积较小的一端与所述第二接触件(72)的面积较小的一端相对设置；

其中，所述第二隔膜(4)未产生弹性形变时所述第二接触件(72)与所述第一接触件(71)之间具有间隙。

5.根据权利要求1或2所述的降低冷量损失的低温阀门，其特征在于，所述阀座(1)内的流体通道包括与所述流体通道连通的第二孔(12)，所述第二孔(12)的端部设置有用于关闭或打开所述第二孔(12)的阀芯(5)。

6.根据权利要求5所述的降低冷量损失的低温阀门，其特征在于，所述阀芯(5)的第一端与所述第一隔膜(3)的下表面相连，所述阀芯(5)第二端的至少一部分伸入所述第二孔(12)中，所述第一隔膜(3)产生弹性形变使所述阀芯(5)向靠近所述第二孔(12)的方向运动，以使所述阀芯(5)关闭所述第二孔(12)。

7.根据权利要求6所述的降低冷量损失的低温阀门，其特征在于，所述阀芯(5)的第二端构造为锥形尖端。

8.根据权利要求6所述的降低冷量损失的低温阀门，其特征在于，所述阀芯(5)的第一端设置有弹性件(6)，所述弹性件(6)与所述第一隔膜(3)的下表面抵接，所述弹性件(6)使所述阀芯(5)沿远离所述第二孔(12)的方向运动而打开所述第二孔(12)。

9.根据权利要求5所述的降低冷量损失的低温阀门，其特征在于，所述阀座(1)内的流体通道还包括分别与所述第二孔(12)连通的第一孔(11)和第三孔(13)，所述第一孔(11)靠近所述流体通道的入口，所述第三孔(13)靠近所述流体通道的出口；

所述第二孔(12)的孔径大于或等于所述第一孔(11)的孔径，所述第一孔(11)的孔径大于或等于所述第三孔(13)的孔径。

10.根据权利要求9所述的降低冷量损失的低温阀门，其特征在于，还包括压杆机构(8)，所述压杆机构(8)包括：

压杆(81)，所述压杆(81)的端部与所述第二隔膜(4)相接触，用于向所述第二隔膜(4)施加载荷以使其产生弹性形变；以及

压杆螺套(82)，所述压杆螺套(82)设置在所述压杆(81)和所述真空套(2)之间，所述真空套(2)的内壁与所述压杆螺套(82)的外壁相连，所述压杆螺套(82)的内壁与所述压杆(81)的外壁形成螺纹连接。

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