本申請是要求申請日為2014年4月29日,申請?zhí)枮?4/264,776的美國專利申請的優(yōu)先權(quán)的國際申請。

技術(shù)領(lǐng)域

這里所公開的實施方式大體涉及能夠在有害區(qū)域和環(huán)境中安全地操作的螺線管，且具體地涉及可在與現(xiàn)有螺線管相比的較輕重量和較低成本基礎(chǔ)上在有害區(qū)域和環(huán)境中操作的螺線管組件。

背景技術(shù)：

例如化學(xué)處理設(shè)備，燃料存儲箱等的危險環(huán)境需要廣泛的預(yù)防來防止意外地點燃液體、氣體和其它材料的高度易燃混合物。例如，螺線管通常用于在這些環(huán)境中操作閥且易燃材料可聚積在該線圈罩中。當這種情況發(fā)生時，在線圈中的機械和/或電接觸的火花可點燃易燃材料，導(dǎo)致對人員和財產(chǎn)的潛在災(zāi)難結(jié)果。因此，總的來說，對用于有害環(huán)境中的螺線管來說，能夠限制或控制可在線圈罩中發(fā)生的任何爆炸來防止該爆炸到達外部環(huán)境以及點燃易燃材料是非常重要的。同樣，需要相對于環(huán)境中存在的灰塵和碎屑而保護螺線管以及其中的電連接。

存在幾種安全方式來實現(xiàn)螺線管的防爆。一種安全方式包括使得圍繞螺線管的罩或殼體(以及連接至其的電連接)足夠堅固，以容納發(fā)生在該罩內(nèi)的任何爆炸。這表示殼體必須能夠承受由該爆炸產(chǎn)生的壓力，而不會實體地變形和從爆炸釋放熱氣進入外部環(huán)境。承受爆炸的能力需要殼體非常厚和重且通常由金屬制成，然而也可使用一些非金屬材料。該殼體還必須構(gòu)造成防止在該殼體內(nèi)部發(fā)生的任何爆炸通過接縫和接頭擴散到外部環(huán)境。這表示在殼體內(nèi)的任何接縫或接頭，例如來自帶法蘭或螺紋的接頭，必須符合OSHA(職業(yè)安全與保健管理總署)或者其它工業(yè)“火焰通路(flame path)”要求，以在爆炸氣體從殼體內(nèi)部離開時冷卻該爆炸氣體，因此防止其點燃在外部大氣中的任何易燃材料。該“火焰通路”需要使用特別的部件以及需要對罩的精確加工，這顯著增加了螺線管的成本。

另外的安全方式包括使用完全和無空隙封裝的螺線管。通常，具有合適電絕緣和電阻特性的封裝材料用于填充在螺線管與罩之間的空間。由于該封裝在罩中沒有給易燃材料在電連接附近的聚積留下空間，所以該填充罩有時稱作“零容積”罩。由于沒有可爆炸的易燃材料，所以不需要高強度的和重的罩。該方法的缺點是使用的通常為熱固性材料或熱塑性材料等的罩材料，其基本上對嚴苛的物理條件及惡劣和腐蝕環(huán)境具有較小的抵抗性，且因此在很多有害環(huán)境中會更快地損壞，從而犧牲了封裝的完整性。

因此，需要一種用于有害環(huán)境中的螺線管，其在相對于現(xiàn)有方案的較輕重量和較低成本的基礎(chǔ)上提供防止爆炸的改進的保護且實體上更加堅固。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

這里所公開的實施方式涉及用于有害環(huán)境中的螺線管組件，其在相對于現(xiàn)有方案的較輕重量和較低成本的基礎(chǔ)上提供防爆的改進保護且實體上更加堅固。所公開的螺線管組件包括容納在完全填充有封裝材料的保護罩或殼體內(nèi)的螺線管，該封裝材料例如傳遞模塑熱固性材料或注模熱塑性材料。該封裝材料占據(jù)罩內(nèi)的所有或幾乎所有空間，在罩內(nèi)給來自外部環(huán)境的以任意可爆炸量聚積的易燃材料留下的容積為零或幾乎為零。不存在任意可感知數(shù)量的易燃材料允許螺線管組件構(gòu)造為不具有常規(guī)工業(yè)標準的火焰通路。此外，該罩可由例如金屬等實體上堅固的剛性材料制成，以在有害環(huán)境中承受惡劣的和/或腐蝕的條件，但是其不需要是防爆的，因為在罩中沒有發(fā)生爆炸的風(fēng)險。與需要防爆的罩相比，這使得該罩的壁可以僅具有一般厚度和重量。實體剛性的外部和零容積內(nèi)部的組合允許螺線管組件減小尺寸、重量和成本，同時提供優(yōu)越的環(huán)境保護，更高的強度，以及更好的氣體組評級。

在一個方面，所公開的與螺線管組件相關(guān)的實施方式被配置成在有害環(huán)境中操作閥組件。該螺線管組件包括螺線管和包圍該螺線管的保護殼體以及其它部件。該保護殼體具有多個壁，其中至少兩個壁具有用于接收閥組件的開口。封裝材料設(shè)置在保護殼體中且圍繞所述螺線管，封裝材料填充保護殼體且防止來自有害環(huán)境的有害材料聚積在保護殼體中。保護殼體的至少一個壁由耐腐蝕材料制成且具有一厚度，其使得保護殼體不符合用于在有害環(huán)境中的螺線管組件的一項或多項工業(yè)強度要求。

總的來說，在另一方面，所公開的實施方式涉及被配置成在有害環(huán)境中操作閥組件的螺線管組件。該螺線管組件包括軛和其它部件，該軛具有連接至兩個法蘭部分的底座部分，該底座部分和兩個法蘭部分具有大體U形輪廓。線軸安裝在軛上，線軸具有連接至頂板和底板的管狀主本體且被配置成在其上保持線圈。螺線管組件還包括容納軛和線軸的保護殼體，該保護殼體具有多個大體矩形側(cè)壁，大體矩形頂壁，以及大體矩形底壁，各所述大體矩形頂壁和所述大體矩形底壁具有用于接收閥組件的環(huán)形開口。封裝材料設(shè)置在保護殼體中且圍繞所述軛和線軸，封裝材料填充保護殼體并且防止來自有害環(huán)境的有害材料聚積在保護殼體內(nèi)。保護殼體的至少一個壁由耐腐蝕材料制成且具有一厚度，其使得保護殼體不符合用于有害環(huán)境中的螺線管組件的至少一項工業(yè)強度要求。

總的來說，在另一方面，所公開的實施方式涉及一種用于制備在有害環(huán)境中操作閥組件的螺線管組件的方法。除其它步驟外，該方法包括將線軸安裝至軛并且將線軸和軛容納在保護殼體中，該保護殼體具有整體形成在其上的線管。該方法還包括將管套附接至線管；以及將封裝材料注入所述保護殼體中，從而所述封裝材料填充所述保護殼體和所述線套以形成零容積罩。所述零容積罩防止來自所述有害環(huán)境的有害材料聚積在所述保護殼體中。

附圖說明

通過參考以下具體說明以及通過參考附圖，所公開的實施方式的以上和其它優(yōu)點將是明顯的，其中：

圖1是根據(jù)所公開的實施方式的螺線管組件的透視圖；

圖2是根據(jù)所公開的實施方式的螺線管組件的局部剖視圖；

圖3是根據(jù)所公開的實施方式的螺線管組件的平面視圖；

圖4是對根據(jù)所公開的實施方式的螺線管組件進行裝配的方法的流程圖。

具體實施方式

首先，應(yīng)理解結(jié)合所公開的實施方式的方面的實際、真實商業(yè)應(yīng)用的研發(fā)將需要很多應(yīng)用方面決定來實現(xiàn)研發(fā)者對于該商業(yè)實施方式的最終目標。一些應(yīng)用具體決定可包括且不限于符合相關(guān)系統(tǒng)，相關(guān)商業(yè)，相關(guān)政府以及其他約束，其可通過具體的應(yīng)用、位置而不時地改變。盡管研發(fā)者的工作在絕對意義上可以是復(fù)雜和耗時的，然而該工作將最終是本領(lǐng)域技術(shù)人員在本公開教導(dǎo)下所進行的例行工作。

應(yīng)理解，這里所公開和教導(dǎo)的實施方式容易進行多種和不同修改并且形成可替換形式。因此，所使用的單數(shù)形式，例如但不限于“一”等，不意圖限制項目的數(shù)量。類似地，用于說明書中的任何關(guān)系術(shù)語，例如但不限于“頂部”、“底部”、“左”、“右”、“上”、“下”、“向下”、“向上”、“側(cè)”等用于清楚地參考附圖而不意圖限制本發(fā)明的范圍。

所公開的實施方式涉及用于危險環(huán)境的螺線管組件，其提供對爆炸的改進的保護且在更少的重量和成本基礎(chǔ)上更加堅固。除其它事項外，所公開的螺線管組件結(jié)合了物理剛性的外部和零容積的內(nèi)部，導(dǎo)致較好的環(huán)境保護，更大的強度，緊湊的設(shè)計，以及更好的氣體組評級(gas group rating)，同時與現(xiàn)有的技術(shù)方案相比減輕了重量降低了成本。

現(xiàn)在參看圖1，示出了根據(jù)這里所公開的實施方式的螺線管組件100的透視圖。如該圖中所示，該螺線管組件100包括保護罩102，其具有大體矩形的頂部壁或蓋104，大體矩形的底部壁或蓋106，以及大體矩型的側(cè)壁108a、108b、108c和108d，從而罩102在裝配時構(gòu)成直角棱柱。升高的環(huán)形墊110形成于或以另外的方式設(shè)置在頂蓋104上，用于在將螺線管組件100連接至閥(沒有明確地示出)時接收墊片、螺母等(沒有明確地示出)。引線112穿過線管114進入罩102以將罩102內(nèi)的線圈電連接至電氣系統(tǒng)。為了降低成本，在一些實施方式中線管114可與罩102集成為單個元件，從而不需要另外的銅焊或焊接來將線管114安裝或以另外的方式附接至罩102。

根據(jù)所公開的實施方式，罩102可完全填充有封裝材料，例如傳遞模塑熱固性材料，注模熱塑性材料等。封裝材料占據(jù)罩102內(nèi)的所有或者幾乎所有容積，從而在罩102內(nèi)有零或幾乎零容積來讓來自外部環(huán)境的易燃材料以任何可察覺的量(即，可導(dǎo)致爆炸的量)聚積。不具有任何顯著量的易燃材料允許螺線管組件100構(gòu)造為沒有火焰通路或者其他通常的OSHA或者工業(yè)標準要求。同樣，不具有任何足夠量的易燃材料允許罩102的壁比防爆罩更輕和更薄，從而節(jié)約成本。

圖2示出了根據(jù)這里所公開的實施方式的罩102的橫剖視圖。該圖示出了螺線管組件100的罩102容納具有大體管狀本體200a的線軸200，導(dǎo)線可圍繞該管狀本體200a以形成線圈(沒有明確地示出)。大體圓形頂板200b和大體圓型底板200c附接至管狀本體200a的兩端以幫助將線圈保持在管狀本體200a上。頂和底板200b和200c還允許線軸200安裝至軛210，從而對線軸200提供結(jié)構(gòu)支撐。在這里所示的實施方式中，軛210具有大體U形輪廓，該U形輪廓具有形成U形的底部的底座部分210a和形成U形的兩側(cè)的兩個法蘭部分210b和210c。形成U形的兩側(cè)的兩個法蘭部分210b和210c接著可分別附接至線軸200的頂板和底板200b和200c，以將軛210連接至線軸200。在一些實施方式中，例如還可在底座部分210a上為軛210設(shè)置接地端子212，以提供接地連接。為了節(jié)約成本，在一些實施方式中接地端子212可與軛210整體形成從而不需要額外的附接裝置。

在一些實施方式中，可在線管114中設(shè)置管狀管套204，用于接收引線112(參見圖1)。該管套204可分別經(jīng)由線管114中的開口206和208與罩102的側(cè)壁108c而壓配合至罩102。在線管114上的內(nèi)螺紋116允許其連接至類似的帶螺紋的外部構(gòu)件。在軛210的底座部分210a中形成的開口212和214允許來自管套204的引線112穿過軛210的底座部分，用于連接至線軸200上的線圈。

將螺線管組件100連接至閥涉及將閥芯組件(沒有具體地示出)穿過螺線管組件100中的通道。該通道通過在罩102的頂蓋和底蓋104和106中形成開口220a和220b，在軛210的兩個法蘭部分210b和210c中形成開口222a和222b，在線軸200的頂板和底板200b和200c中形成開口224a和224b，以及在線軸200的管狀本體200a中形成通道226而形成。在一些實施方式中，O形環(huán)228可設(shè)置在罩102的頂蓋和底蓋104和106中的開口220a和220b中的一個或者二者中，以幫助為螺線管組件100提供液密和氣密密封。

根據(jù)所公開的實施方式，罩102的容積和管套204的容積填充有大體以230指示的封裝材料，從而在罩102中以及在管套204中的沒有被構(gòu)件或?qū)Ь€另外地占據(jù)的容積為零或基本零空間(參見圖1)。該結(jié)果是“零容積”罩102，其中不可聚積來自外部環(huán)境的足夠量的易燃材料。這避免了對特別設(shè)計以抵抗爆炸的螺線管組件100的需要。這樣，盡管用于螺線管組件100的線軸200、軛210以及其它構(gòu)件的目的是用于有害環(huán)境，然而其可以是標準構(gòu)件，或者在很多情況下沒有具體設(shè)計為用于有害環(huán)境的構(gòu)件。例如，在管狀管套204與罩102之間的壓配合以及在螺線管組件100內(nèi)的其它接縫和接頭不需要以及在一些情況下實際上不符合工業(yè)火焰通路要求，這允許其與需要符合工業(yè)火焰通路要求的罩相比以較低的精度加工。類似地，罩102的側(cè)壁以及頂蓋和底蓋不需要且實際上在一些情況下并不符合工業(yè)防爆要求，這允許其與需要符和工業(yè)防爆要求的罩相比具有一般標準的厚度。這為螺線管組件100提供改進的環(huán)境保護，更大的強度，更緊湊的設(shè)計，以及更好的氣體組評級(gas group rating)，同時與現(xiàn)有的螺線管組件相比減輕了重量降低了成本。

現(xiàn)參考圖3，示出了螺線管組件100的平面視圖，其中為了便于觀察而將頂蓋104從罩102移除。如這里所示，在一些實施方式中，軛210的兩個法蘭部分210b和210c中的一個或兩個可變窄為延伸朝向軛210的底座部分的頸部300。如所示的，在一些實施方式中，在軛210的底座部分與罩102的相應(yīng)側(cè)壁108c之間的距離可以為一英寸的約3/8(在±百分之10內(nèi))，以302指示。在一些實施方式中，在罩102的其它側(cè)壁108a、108b和108d與兩個法蘭部分210b和210c之間的距離可以為約1毫米(在±百分之10內(nèi))，以304指示。該側(cè)壁可具有一厚度，例如約0.06英寸(在±百分之10內(nèi))，以306指示，其足以提供堅固的保護而不需要是防爆的。類似地，在一些實施方式中，頂蓋和底蓋104和106可具有0.06英寸的厚度。該側(cè)壁以及頂蓋和底蓋優(yōu)選由高強度防腐材料制成，例如316L級不銹鋼等。罩102本身可以是熔模鑄造外殼102，從而不需要將另外的材料挖空來形成罩102。其它的制造技術(shù)，例如3D打印，也可用于生產(chǎn)罩102和這里所述的其它構(gòu)件，而不偏離所公開的實施方式的范圍。無論所使用的具體制造技術(shù)，對本領(lǐng)域技術(shù)人員很清楚，上述實施方式允許螺線管組件100以相對于現(xiàn)有方案的輕的重量和低的成本而提供對用于有害環(huán)境的改進的保護。

在圖4中以流程圖400的形式示出了根據(jù)這里所公開的實施方式組裝或以另外的方式準備螺線管組件100的大致指導(dǎo)。首先，應(yīng)理解盡管圖4的流程圖100示出了多個分離的框，然而這些框中的一個或多個可分為幾個組成框，且這些框中的兩個或多個可結(jié)合為單個框，而不偏離所公開的實施方式的范圍。此外，盡管所示的框為特定的序列，然而應(yīng)理解可將一個或多個框拿到所示的序列以外，或者一起省略，而不偏離所公開的實施方式的范圍。

如圖4所示，組裝和準備螺線管組件100大體從框402開始，其中具有線圈纏繞在其上的線軸被安裝至螺線管組件的軛。接著，在框404處，線軸和軛被設(shè)置在內(nèi)側(cè)，且接著封閉在螺線管組件的罩內(nèi)。在框406處，管套附接(例如，壓配合)至罩，具體地壓配合至罩的整體形成的線管。接著，在框408處，封裝材料或者密封材料被注入罩中，例如經(jīng)由通常由底蓋106所覆蓋的開口。封裝材料優(yōu)選地以液體或流體狀態(tài)并且以一定速度、壓力和/或溫度注入，使得材料占據(jù)罩內(nèi)的所有或者幾乎所有空間，為來自外部環(huán)境的易燃材料的任意可爆炸量聚積留下零容積或幾乎為零的容積。

盡管已經(jīng)示出和說明了本公開的具體方面、實現(xiàn)和應(yīng)用，然而應(yīng)理解本公開不限于這里所公開的精確結(jié)構(gòu)和組成。例如，在一些實施方式中，代替構(gòu)成直角棱柱的螺線管的是具有某種圓柱形狀等的螺線管組件。因此，根據(jù)以上說明，多種修改、改變和變化是明顯的且不偏離所附權(quán)利要求中限定的公開的實施方式的實質(zhì)和范圍。

權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)

1.一種螺線管組件，其被配置成在有害環(huán)境中操作閥組件，包括：

螺線管；

容納螺線管的保護殼體，該保護殼體具有多個壁，至少兩個壁上具有用于接收所述閥組件的開口，至少兩個壁在其中具有開口用于接收所述閥組件；和

封裝材料，其設(shè)置在所述保護殼體內(nèi)且包圍所述螺線管，該封裝材料填充所述保護殼體且防止來自有害環(huán)境的有害材料聚積在所述保護殼體內(nèi)；

其中所述保護殼體由金屬制成。

2.如權(quán)利要求1所述的螺線管組件，其中在該螺線管組件內(nèi)不具有符合用于有害環(huán)境的工業(yè)火焰通路要求的接縫或接頭。

3.如權(quán)利要求1所述的螺線管組件，其中所述金屬是316L級不銹鋼。

4.如權(quán)利要求2所述的螺線管組件，其中所述保護殼體的所述一個或多個壁的厚度為約0.06英寸。

5.如權(quán)利要求1所述的螺線管組件，其中所述封裝材料是傳遞模塑熱固性材料或注模熱塑性材料中的一種。

6.如權(quán)利要求1所述的螺線管組件，其中所述保護殼體是熔模鑄造保護殼體。

7.如權(quán)利要求1所述的螺線管組件，其中所述有害環(huán)境是化學(xué)處理設(shè)施或燃料存儲箱中的一個。

8.一種螺線管組件，其被配置成在有害環(huán)境中操作閥組件，包括：

軛，其具有連接至兩個法蘭部分的底座部分，所述底座部分和所述兩個法蘭部分具有大體U形輪廓；

安裝在所述軛上的線軸，該線軸具有管狀主本體，其連接至頂板和底板且被配置成在其上保持線圈；

容納所述軛和所述線軸的保護殼體，所述保護殼體具有多個大體矩形的側(cè)壁，大體矩形的頂壁，和大體矩形的底壁，各大體矩形的頂壁和大體矩形的底壁在其中具有環(huán)形開口用于接收所述閥組件；和

設(shè)置在所述保護殼體內(nèi)且包圍所述軛和所述線軸的封裝材料，所述封裝材料填充所述保護殼體且防止來自有害環(huán)境的有害材料聚積在所述保護殼體內(nèi)；

其中所述保護殼體由金屬制成。

9.如權(quán)利要求8所述的螺線管組件，還包括與所述保護殼體整體形成的線管。

10.如權(quán)利要求9所述的螺線管組件，還包括壓配合在所述線管和所述保護殼體內(nèi)的管套。

11.如權(quán)利要求8所述的螺線管組件，還包括O形環(huán)，其設(shè)置在大體矩形的頂壁和大體矩形的底壁中的一個或多個環(huán)形開口內(nèi)。

12.如權(quán)利要求8所述的螺線管組件，還包括與所述軛整體形成的接地端子。

13.一種制備用于在有害環(huán)境中操作閥組件的螺線管組件的方法，包括：

將線軸安裝至軛；

將所述線軸和所述軛容納在保護殼體內(nèi)，所述保護殼體具有在其上整體形成的線管；

將管套附接至所述線管；以及

將封裝材料注入所述保護殼體內(nèi)，使得所述封裝材料填充所述保護殼體和所述線套以形成零容積罩；

其中所述零容積罩防止來自有害環(huán)境的有害材料聚積在所述保護殼體內(nèi)。

14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述線軸具有管狀主本體，其連接至頂板和底板且被配置成在其上保持線圈。

15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述軛具有連接至兩個法蘭部分的底座部分，所述底座部分和所述兩個法蘭部分具有大體U形輪廓。

16.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述保護殼體具有多個大體矩形的側(cè)壁，大體矩形的頂壁，和大體矩形的底壁，各大體矩形的頂壁和大體矩形的底壁在其上具有環(huán)形開口用于接收所述閥組件。

17.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述保護殼體的一個或多個壁由耐腐蝕材料制成且具有一厚度，該厚度使得所述保護殼體不符合對于有害環(huán)境中的螺線管組件的至少一項工業(yè)強度要求。