Manual valve for controllng fluid flow

Abstract

A manual valve for controlling fluid flow is provided. The manual valve includes a valve body including a passage extending therethrough and a valve stem rotatably positioned in the valve body and extending through the passage. A mounting member is movably engaged to the valve body and a distal driver end of the valve stem is coupled to the mounting member. A valve core is coupled to the mounting member. Rotation of the valve stem in the passage displaces the mounting member along the valve body to extend and retract the valve core relative the valve body between a closed position and an open position.

Description

MANUAL VALVE FOR CONTROLLNG FLUID FLOWFIELD OF THE DISCLOSURE

[0001] The present disclosure relates generally to a manual valve for controlling fluid flow.BACKGROUND

[0002] Fluid systems typically employ valves to control fluid flow through the system. The valves can have different requirements depending on the type of fluid flowing through the fluid system and the operating pressures of the fluid. For example, hydrogen and other gaseous fuel systems employ gaseous fuel types of fluid that flow under higher operating pressures than liquid types of fuel. As a result, the valves employed in such systems may require components that work together to provide improved durability, robustness, accessibility, leak resistance, and other features. Therefore, there remains a need for further improvements in this area. DISCLOSURE OF ILLUSTRATIVE EMBODIMENTS

[0003] For the purposes of clearly, concisely and exactly describing illustrative embodiments of the present disclosure, the manner, and process of making and using the same, and to enable the practice, making and use of the same, reference will now be made to certain exemplary embodiments, including those illustrated in the figures, and specific language will be used to describe the same. It shall nevertheless be understood that no limitation of the scope of the invention is thereby created and that the invention includes and protects such alterations, modifications, and further applications of the exemplary embodiments as would occur to one skilled in the art.SUMMARY

[0004] The present disclosure includes a manual valve for controlling fluid flow in a fluid system. In an embodiment, the manual valve includes a valve body extending along a longitudinal axis between a proximal end and an opposite distal end, and the valve body includes a passage extending therethrough. The manual valve also includes a valve stem positioned in the passage of the valve body. The valve stem includes a head projecting from the proximal end of the valve body and a distal driver end opposite the head. The manual valve also includes a mounting member is movably engaged to the valve body at the distal end of the valve body. The distal driver end of the valve stem is coupled to the mounting member. The manual valve further includes a valve core coupled to the mounting member. Rotation of the head of the valve stem displaces the mounting member along the valve body to extend and retract the valve core relative to the distal end of the valve body between a closed position and an open position, respectively.

[0005] In an embodiment, the manual valve is employed in a fuel system to control gaseous fuel flow. The manual valve is manipulated to open and close at flow passage in the fuel system.

[0006] In an embodiment, the manual valve is employed in conjunction with an on-tank valve (OTV) for a hydrogen fuel system. The manual valve is mounted to a head of the on-tank valve to open and close a flow passage in the head of the on-tank valve.

[0007] This summary is not intended to identify key or essential features of the claimed subject matter, nor is it intended to be used as an aid in limiting the scope of the claimed subject matter. Further embodiments, forms, objects, features, advantages, aspects, and benefits shall become apparent from the following description and drawings.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0008] The description herein makes reference to the accompanying drawings wherein like numerals refer to like parts throughout the several views, and wherein:

[0009] FIG. 1 is a perspective view of a manual valve for controlling fluid flow according to an embodiment of the present disclosure.

[0010] FIG. 2 is a perspective view of another embodiment of the manual valve of FIG. 1.

[0011] FIG. 3 is an elevation view of the manual valve of FIG. 1.

[0012] FIG. 4 is an exploded elevation view of the manual valve of FIG. 1.

[0013] FIG. 5 is a longitudinal section view of the manual valve of FIG. 1.

[0014] FIG. 6 is a longitudinal section view of another embodiment of the manual valve of FIG. 1.

[0015] FIG. 7 is a perspective view looking toward a bottom of an on-tank valve for a hydrogen fuel system that employs the manual valves according to embodiments of the present disclosure. DETAILED DESCRIPTION OF ILLUSTRATIVE EMBODIMENTS

[0016] With reference to FIGs. 1-6, there is illustrated a manual valve 10 that includes a valve body 12 extending along a longitudinal axis L between a proximal end 14 and an opposite distal end 16. Valve body 12 also includes a passage 18 extending therethrough. Manual valve 10 includes a valve stem 40 positioned in passage 18 of valve body 10. Valve stem 40 includes a head 42, 42’ projecting from proximal end 14 of valve body 12 and a distal driver end 44 opposite head 42, 42’. Manual valve 10 also includes a mounting member 70 movably engaged to valve body 12 at distal end 16 of valve body 12. Distal driver end 44 of valve stem 40 is coupled to mounting member 70. Manual valve 10 further includes a valve core 90 coupled to mounting member 70. Rotation of head 42, 42’ of valve stem 40 displaces mounting member 70 along valve body 12 to extend and retract valve core 90 relative to distal end 16 of valve body 12 between a closed position and an open position, respectively.

[0017] FIG. 1 provides a perspective view of manual valve 10. Mounting member 70 projects distally from distal end 16 of valve body 12, and valve core 90 projects distally from mounting member 70. Head 42 of valve stem 40 projects proximally from a proximal end wall 20 of valve body 12. In FIG. 1, head 42 of valve stem 40 includes a square shaped outer profile to engage a correspondingly shaped drive tool that can rotate head 42 to rotate stem 40 in valve body 12 to extend and retract valve core 90 relative to valve body 12.

[0018] The embodiment of manual valve 10 in FIG. 2 is the same as the FIG. 1 embodiment, except head 42’ of valve stem 40 is hexagonally shaped to engage a correspondingly shape drive tool. Providing manual valves 10 with differently configured heads 42, 42’ allows multiple manual valves 10 to be differentiated from one another when employed in a common system or application. As a result, errors in installation and manipulation of the multiple manual valves are mitigated. Other external shapes and / or configurations for heads 42, 42’ are also contemplated and not precluded, such as other polygonal shapes, internal recesses shaped to engage a drive tool, and combinations of external and internal shapes.

[0019] Proximal end wall 20 of valve body 12 can also include multiple blind holes 22 extending therein that are configured for engaging an installation tool. Any suitable configuration of holes 22 around head 42, 42’ in proximal end wall 20 are contemplated. The holes 22 can be engaged by the installation tool to install manual valve 10 in a receptacle that is configured to engage valve body 12. For example, as shown in FIG. 3, a proximal portion 24 of valve body 12 extending along valve body 12 from proximal end 14 can include external threads along part of the length of valve body 12. As shown in FIG. 6, proximal portion 24 can threadingly engage internal threads 204 along a receptacle 202 of a fuel system component 200, such as a head of an on-tank valve. The installation tool engages manual valve 10 in holes 22 to rotate and seat manual valve 10 in the receptacle 202 at the desired torque and position.

[0020] Referring further to FIGs. 4-5, valve body 12 includes a first external annular groove 26 around valve body 12 and a second external annular groove 28 around valve body 12 that is spaced longitudinally from the first external annular groove 26. An annular rib 30 can be located between the first and second external annular grooves 26, 28. Manual valve 10 includes a double seal type arrangement on the external side of valve body 10 to enhance reliability of the sealing engagement within receptacle 202.

[0021] In the illustrated embodiment, manual valve 10 includes a first outer annular ring 100 in first external annular groove 26. First outer annular ring 100 is configured for sealingly engaging valve body 12 in receptacle 202. A first outer annular back-up ring 102 is also positioned in first external annular groove 26 to provide additional sealing capabilities. In an embodiment, first outer annular ring 100 is made from elastomer material and first outer annular back-up ring 102 is made from a plastic material.

[0022] Manual valve 10 also includes a second outer annular ring 104 in second external annular groove 28. Second outer annular ring 104 is configured for sealingly engaging valve body 12 in receptacle 202 in conjunction with first outer annular ring 100. A second annular back-up ring 106 is also provided in second external annular groove 28. In an embodiment, second outer annular ring 104 is made from elastomer material and second outer annular back-up ring 106 is made from a plastic material.

[0023] Valve stem 40 includes a shaft 46 extending between head 42 and distal driver end 44. Shaft 46 includes a proximal annular flange 48, a distal annular flange 50, and an intermediate annular flange 52 between proximal annular flange 48 and distal annular flange 50. A first annular space 54 is formed between proximal annular flange 48 and intermediate flange 52. A second annular space 56 is formed between intermediate flange 52 and distal annular flange 50. The first and second annular spaces 54, 56 receive seals to provide a double seal arrangement between valve stem 40 and valve body 12.

[0024] In an embodiment, a first annular ring 110 is provided in first annular space 54 between proximal annular flange 48 and intermediate annular flange 52 with the first annular ring 110 in sealing engagement with shaft 46 and valve body 12. A first annular back-up ring 112 is also provided in first annular space 54. A second annular ring 114 is provided in second annular space 56 between distal annular flange 50 and intermediate annular flange 52 with second annular ring 114 in sealing engagement with shaft 46 and valve body 12. A second annular back-up ring 116 is provided in second annular space 56. In an embodiment, the first and second annular rings 110, 114 are comprised of elastomer material and the first and second annular back-up rings 112, 116 are comprised of plastic material.

[0025] Mounting member 70 includes a proximal body portion 72 defining a proximally oriented cavity 74 for receiving distal driver end 44 of valve stem 40. Proximal body portion 72 further includes external threads 76 threadingly engaged to internal threads 32 extending proximally from distal end 16 along part of the length of passage 18 of valve body 12. Proximal body portion 72 is advanced distally and proximally relative to distal end 16 of valve body 12 by being threaded along internal threads 32.

[0026] In an embodiment, mounting member 70 includes a distal body portion 78 extending distally from proximal body portion 72. Distal body portion 78 defines a distally oriented cavity 80 for receiving valve core 90 therein. In an embodiment, mounting member 70 includes a wall 82 between proximally oriented cavity 74 and distally oriented cavity 80.

[0027] Valve core 90 includes a proximal body portion 92 and a distal nose 94. Nose 94 includes a cylindrical portion 96 extending distally from proximal body portion 92 and a tapered portion 98 extending distally from cylindrical portion 96. In an embodiment, proximal body portion 92 of valve core 90 is press-fit into distally oriented cavity 80 of mounting member 70. In an embodiment, valve core 90 is comprised of a plastic material that is press-fit into engagement with mounting member 70 within distally oriented cavity 80. In a specific embodiment, the plastic material of valve core 90 is preferably polyimide. However, other materials are also contemplated.

[0028] Valve core 90 is extended and retracted relative to distal end 16 of valve body 12 between the open position in which a flow passage 206 in fuel system component 200 is open and a closed position in which a frusto-conically shape tip 98 of nose 96 contacts a seat 208 in flow passage 206 to close flow passage 206, as shown in FIG. 6. In particular, a drive tool can be engaged to head 42, 42’ of valve stem 40. Rotating valve stem 40 with the drive tool threadingly displaces mounting member 70 along internal threads 32 of valve body 12, which extends or retracts valve core 90 relative to distal end 16 of valve body 12 depending on the direction in which valve stem 40 is rotated.

[0029] In an embodiment, manual valve 10 includes a retaining clip 120 mounted in passage 18 of valve body 12. Valve body 12 includes an internal annular groove 34 around passage 18. Retaining clip 120 is positioned in internal groove 34 and projects into passage 18 to limit a distal displacement of valve stem 40 relative to valve body 12, such as by contacting distal annular flange 50 of valve stem 40. This can prevent over-rotation of valve stem 40 and mitigate potential damage to valve core 90 and / or unthreading mounting member 70 too far distally along valve body 12.

[0030] A washer 118 can also be provided around shaft 46 of valve stem 40 on the proximal side of proximal annular flange 48. Washer 118 can provide a spacer or shim to prevent valve stem 40 from being displaced too far in the proximal direction and potentially jamming mounting member 70 in valve body 12. In addition, washer 118 is employed to cushion the constant / pulse pressure impact of the valve stem 40 on the valve body 12, and to reduce the friction between the valve stem 40 and the valve body 12 during rotation.

[0031] Referring further to FIG. 7, in an embodiment of fuel system component 200 is illustrated in the form of an on-tank valve 270 for a hydrogen fuel system. On tank valve 270 is configured with one or more receptacles 202 with internal threads 204 that engage the manual valve 10 in a position to open and close a flow passage 206 within on-tank valve 270. It should be understood that manual valve 10 can be employed with types of fluid flow control systems, other types of fuel systems, and / or with other components other than on-tank valve 270.

[0032] The illustrated on-tank valve 270 is provided with a head 272 and an attachment portion 274 extending longitudinally from a first side 278 of head 272. Head 272 is typically mounted located outside of the hydrogen tank and attachment portion 274 includes a lower end surface configured for attachment of various components that are positioned within the hydrogen tank. Head 272 includes a network of flow passages, which may include flow passage 206, within head 272. The network of flow passages in head 272 are connected to various flow paths through attachment portion 274 to and from the hydrogen tank. The network of flow passages in head 272 are connected to a plurality of ports distributed around head 272.

[0033] The plurality of ports of head 272 includes, for example, an inlet / outlet port 222 with a connector 223 and a filter 224. The plurality of ports also includes a solenoid valve port 250 for solenoid valve 252. The plurality of ports further includes a manual valve port 226 for a first manual valve 10 having a valve stem 40 with head 42’ and a bleed valve port 232 for a second manual valve 10 having a valve stem 40 with head 42. In addition, head 272 includes a thermal pressure relief device port 236 for pressure relief valve 238, a thermal pressure relief device vent port 237, and at least one sensor port 240 for a sensor connection 242. The network of flow passages in head 272 connect inlet / outlet port 222 to manual valve port 226, connect manual valve port 226 to solenoid valve port 250, and connect bleed valve port 232 to manual valve port 226.

[0034] The network of flow passages in head 272 can include an injector flow passage that is opened by injecting hydrogen fuel through inlet / outlet port 222 and a de-fueling flow passage that provides hydrogen fuel from the hydrogen tank to inlet / outlet port 222 while both manual valve 10 in manual valve port 226 and a solenoid valve 252 in solenoid valve port 250 are open. The network of flow passages can further include a vent flow passage that vents hydrogen fuel from the hydrogen tank to inlet / outlet port 222 when manual valve 10 in manual valve port 226 is open and when the second manual valve 10 in bleed valve port 232 is open.

[0035] Providing the first and second manual valves 10 with different heads 42, 42’ allows the function and / or type of manual valve 10 that is located in each of the ports 226, 232 to be readily identified and associated with the proper drive tool for operating the corresponding manual valve 10.

[0036] For example, manual valve port 226 includes manual valve 10 that is normally open and manually closed when it is desired to shut off inlet / outlet port 222. Manual valve 10 in bleed valve port 232 can be a normally closed bleed valve to normally prevent fuel from venting from hydrogen tank 12, and manual valve 10 in bleed valve port 232 is opened to bleed fuel to inlet / outlet port 222 such as during an overfill condition of the hydrogen tank. Inlet / outlet port 222 is also connected to bleed valve port 232, which is connected to a vent flow passage to provide venting when manual valve 10 in bleed valve port 232 is open. Bleed valve port 232 may also be connected to manual valve port 226 so manual valve 10 in manual valve port 226 can be closed to prevent hydrogen fuel from being released to inlet / outlet port 222.

[0037] In an exemplary application of on-tank valve 270 and manual valves 10, the hydrogen fuel system can include a hydrogen tank for storing gaseous hydrogen fuel to which on-tank valve 270 is mounted, and a prime mover, such as a fuel cell or internal combustion engine, which is provided hydrogen fuel from the hydrogen tank through on-tank valve 270. One or more manual valves 10 according to the present disclosure are mounted on on-tank valve 270 to open and close one or more flow passages 206 in the on-tank valve 270, and on-tank valve 270 is configured to fuel the hydrogen tank with hydrogen, and to de-fuel hydrogen from the hydrogen tank to operate the prime mover.

[0038] Further written description of a number of example embodiments shall now be provided. According to one aspect of the present disclosure, a manual valve for controlling fluid flow is provided. The manual valve includes a valve body extending along a longitudinal axis between a proximal end and an opposite distal end and a passage extending therethrough. The manual valve also includes a valve stem positioned in the passage of the valve body. The valve stem includes a head projecting from the proximal end of the valve body and a distal driver end opposite the head. The manual valve also includes a mounting member movably engaged to the valve body at the distal end of the valve body, and the distal driver end of the valve stem is coupled to the mounting member. The manual valve includes a valve core coupled to the mounting member. Rotation of the head of the valve stem displaces the mounting member along the valve body to extend and retract the valve core relative to the distal end of the valve body between a closed position and an open position, respectively.

[0039] In an embodiment, the head of the valve stem includes a square-shaped outer perimeter for engagement with a driving tool.

[0040] In an embodiment, the head of the valve stem includes a hexagonal-shaped outer perimeter for engagement with a driving tool.

[0041] In an embodiment, the valve stem includes a shaft extending between the head and the distal driver end. The shaft includes a proximal annular flange, a distal annular flange, and an intermediate annular flange between the proximal annular flange and the distal annular flange.

[0042] In an embodiment, a first annular ring is provided in a first annular space between the proximal annular flange and the intermediate annular flange with the first annular ring in sealing engagement with the shaft and the valve body. A first annular back-up ring is also provided in the first annular space. A second annular ring is provided in a second annular space between the distal annular flange and the intermediate annular flange with the second annular ring in sealing engagement with the shaft and the valve body. A second annular back-up ring is provided in the second annular space.

[0043] In an embodiment, the first and second annular rings are comprised of elastomer material and the first and second annular back-up rings are comprised of plastic material.

[0044] In an embodiment, the valve core is comprised of a plastic material.

[0045] In an embodiment, the plastic material of the valve core is polyimide.

[0046] In an embodiment, the mounting member includes a proximal body portion defining a proximally oriented cavity for receiving the distal driver end of the valve stem. The proximal body portion further includes external threads threadingly engaged to internal threads along the distal end of the valve body.

[0047] In an embodiment, the mounting member includes a distal body portion extending distally from the proximal body portion. The distal body portion defines a distally oriented cavity for receiving the valve core therein.

[0048] In an embodiment, the mounting member includes a wall between the proximally oriented cavity and the distally oriented cavity.

[0049] In an embodiment, the valve core is press-fit into the distally oriented cavity.

[0050] In an embodiment, the valve body includes an internal annular groove around the passage and a retaining clip in the internal groove that projects into the passage to limit a distal displacement of the valve stem relative to the valve body.

[0051] In an embodiment, the valve body includes an end wall at the proximal end that extends around the head of the valve stem. The end wall includes a number of holes extending therein in an arrangement configured to match correspondingly configured installation tool.

[0052] In an embodiment, the valve body includes a first external annular groove around the valve body and a second external annular groove around the valve body that is spaced longitudinally from the first external annular groove.

[0053] In an embodiment, the manual valve includes a first outer annular ring in the first external annular groove that sealingly engages the valve body in a receptacle and a first outer annular back-up ring in the first external annular groove. The manual valve also includes a second outer annular ring in the second external annular groove that sealingly engages the valve body in the receptacle and a second annular back-up ring in the second external annular groove.

[0054] In an embodiment, the valve body includes a proximal portion extending distally from the proximal end along a part of a length of the valve body. The proximal portion is externally threaded for threadingly engaging the receptacle.

[0055] In an embodiment, the receptacle is located in a manual valve port of a head of an on-tank valve.

[0056] In an embodiment, the valve core is extended and retracted relative to the distal end of the valve body between the open position in which a flow passage in the head of the on-tank valve is open and the closed position in which the flow passage in the head of the on-tank valve is closed.

[0057] In an embodiment, the valve core includes a frusto-conically shaped distal tip configured to sealingly engage the flow passage in the head of the on-tank valve.

[0058] While illustrative embodiments of the disclosure have been illustrated and described in detail in the drawings and foregoing description, the same is to be considered as illustrative and not restrictive in character, it being understood that only certain exemplary embodiments have been shown and described and that all changes and modifications that come within the spirit of the claimed inventions are desired to be protected. It should be understood that while the use of words such as preferable, preferably, preferred or more preferred utilized in the description above indicates that the feature so described may be more desirable, it nonetheless may not be necessary and embodiments lacking the same may be contemplated as within the scope of the invention, the scope being defined by the claims that follow. In reading the claims, it is intended that when words such as “a, ” “an, ” “at least one, ” or “at least one portion” are used there is no intention to limit the claim to only one item unless specifically stated to the contrary in the claim. When the language “at least a portion” and / or “a portion” is used the item can include a portion and / or the entire item unless specifically stated to the contrary.

Claims

1.A manual valve for controlling fluid flow, the manual valve comprising:a valve body extending along a longitudinal axis between a proximal end and an opposite distal end, the valve body including a passage extending therethrough;a valve stem positioned in the passage of the valve body, the valve stem including a head projecting from the proximal end of the valve body, the valve stem including a distal driver end opposite the head;a mounting member movably engaged to the valve body at the distal end of the valve body, wherein the distal driver end of the valve stem is coupled to the mounting member; anda valve core coupled to the mounting member, wherein rotation of the head of the valve stem displaces the mounting member along the valve body to extend and retract the valve core relative to the distal end of the valve body between a closed position and an open position, respectively.2.The manual valve according to claim 1, wherein the head of the valve stem includes a square-shaped outer perimeter for engagement with a driving tool.3.The manual valve according to claim 1, wherein the head of the valve stem includes a hexagonal-shaped outer perimeter for engagement with a driving tool.4.The manual valve according to claim 1, wherein the valve stem includes a shaft extending between the head and the distal driver end, the shaft including a proximal annular flange, a distal annular flange, and an intermediate annular flange between the proximal annular flange and the distal annular flange.5.The manual valve according to claim 4, further comprising:a first annular ring in a first annular space between the proximal annular flange and the intermediate annular flange, the first annular ring in sealing engagement with the shaft and the valve body;a first annular back-up ring in the first annular space;a second annular ring in a second annular space between the distal annular flange and the intermediate annular flange, the second annular ring in sealing engagement with the shaft and the valve body; anda second annular back-up ring in the second annular space.6.The manual valve according to claim 5, wherein the first and second annular rings are comprised of elastomer material and the first and second annular back-up rings are comprised of plastic material.7.The manual valve according to claim 1, wherein the valve core is comprised of a plastic material.8.The manual valve according to claim 7, wherein the plastic material of the valve core is polyimide.9.The manual valve according to claim 1, wherein the mounting member includes a proximal body portion defining a proximally oriented cavity for receiving the distal driver end of the valve stem, the proximal body portion further including external threads threadingly engaged to internal threads along the distal end of the valve body.10.The manual valve according to claim 9, wherein the mounting member includes a distal body portion extending distally from the proximal body portion, the distal body portion defining a distally oriented cavity for receiving the valve core therein.11.The manual valve according to claim 10, wherein the mounting member includes a wall between the proximally oriented cavity and the distally oriented cavity.12.The manual valve according to claim 10, wherein the valve core is press-fit into the distally oriented cavity.13.The manual valve according to claim 1, wherein the valve body includes:an internal annular groove around the passage; anda retaining clip in the internal groove that projects into the passage to limit a distal displacement of the valve stem relative to the valve body.14.The manual valve according to claim 1, wherein the valve body includes an end wall at the proximal end that extends around the head of the valve stem, the end wall including a number of holes extending therein in an arrangement configured to match correspondingly configured installation tool.15.The manual valve according to claim 1, wherein the valve body includes:a first external annular groove around the valve body;a second external annular groove around the valve body that is spaced longitudinally from the first external annular groove.16.The manual valve according to claim 15, further comprising:a first outer annular ring in the first external annular groove, the first outer annular ring for sealingly engaging the valve body in a receptacle;a first outer annular back-up ring in the first external annular groove;a second outer annular ring in the second external annular groove, the second outer annular ring for sealingly engaging the valve body in the receptacle; anda second annular back-up ring in the second external annular groove.17.The manual valve according to claim 16, wherein the valve body includes a proximal portion extending distally from the proximal end along a part of a length of the valve body, and the proximal portion is externally threaded for threadingly engaging the receptacle.18.The manual valve according to claims 16 or 17, wherein the receptacle is located in a manual valve port of a head of an on-tank valve.19.The manual valve according to claim 18, wherein the valve core is extended and retracted relative to the distal end of the valve body between the open position in which a flow passage in the head of the on-tank valve is open and the closed position in which the flow passage in the head of the on-tank valve is closed.20.The manual valve according to claim 19, wherein the valve core includes a frusto-conically shaped distal tip configured to sealingly engage the flow passage in the head of the on-tank valve.

Images