一种具有自动泄压和截止功能的氢气减压阀及其方法转让专利
申请号 : CN202110979624.2
文献号 : CN113738922B
文献日 : 2022-05-13
发明人 : 钱锦远 , 赵磊 , 林振浩
申请人 : 浙江大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种具有自动泄压和截止功能的氢气减压阀,其特征在于,包括主减压阀和截止阀;
所述主减压阀包括同轴设置的阀体(1)、调节封盖(3)、顶杆(6)、阀芯(7)和入口封盖(8);所述阀体(1)的轴向贯通开设空腔,侧壁开设阀体出口(12);调节封盖(3)可拆卸式封闭装配于阀体(1)的顶端,入口封盖(8)可拆卸式封闭装配于阀体(1)的底端;所述入口封盖(8)中开设顺次连通的入口通道(9)、控制通道和顶部凹槽,入口通道(9)用于与外部进气管路相接;所述阀芯(7)安装在阀体(1)空腔下部,底部设有控制尖端,控制尖端的下部位于所述入口封盖(8)的顶部凹槽内并能将所述控制通道封闭;所述控制尖端与所述顶部凹槽之间的周向空隙为中间通道(10),中间通道(10)能通过控制通道与入口通道(9)相连通;所述阀芯(7)中设有与中间通道(10)连通的第一气体通道;所述调节封盖(3)远离阀体(1)的一端同轴连接有螺纹杆(2),螺纹杆(2)与调节封盖(3)上分别开设轴向贯通且相互连通的第一孔道和第二孔道;所述顶杆(6)安装在阀体(1)空腔上部,包括依次连接的第一盘状端部、杆部和第二盘状端部;所述杆部贯通第二孔道并伸入第一孔道中,杆部高度不超出第一孔道,在第一孔道上部留有调节通道(11),杆部与调节封盖(3)和螺纹杆(2)的接触处保持气密性并且杆部可沿第一孔道和第二孔道上下滑动;调节封盖(3)与第一盘状端部之间留有与阀体出口(12)连通的第二气体通道,第一盘状端部轴向开设贯通的第三气体通道,第一气体通道通过第三气体通道与第二气体通道相连通;所述第一盘状端部压合于阀芯(7)顶部,阀芯(7)能够带动顶杆(6)一同沿着阀体(1)空腔竖直上下移动;所述第二盘状端部位于调节通道(11)下部,且能沿调节通道(11)轴向移动,第二盘状端部的径向横截面大于所述控制尖端的横截面;所述调节封盖(3)与第一盘状端部之间设有套于顶杆(6)杆部的第一弹簧(5a),在入口封盖(8)和第一盘状端部之间设有套于阀芯(7)外部的第二弹簧(5b),第一弹簧(5a)和第二弹簧(5b)始终处于压缩状态;
所述螺纹杆(2)的顶部连接截止阀,截止阀包括气流入口(14)、端部设有截止阀芯的阀杆(13)和气流出口(15);所述气流入口(14)用于与外部进气管路相接,气流出口(15)与调节通道(11)的顶部连通,目标气体能通过气流出口(15)进入调节通道(11)并作用于所述第二盘状端部;所述阀杆(13)上开设有泄压通道(17),泄压通道(17)包括控制端和排放端,排放端与外界连通;控制端能在截止阀芯关闭时与截止阀的阀体内腔(16)连通,在截止阀芯开启时封闭。
2.根据权利要求1所述的一种具有自动泄压和截止功能的氢气减压阀,其特征在于,所述截止阀为电磁截止阀,外接车用碰撞信号传感器。
3.根据权利要求1所述的一种具有自动泄压和截止功能的氢气减压阀,其特征在于,所述调节封盖(3)与阀体(1)、入口封盖(8)与阀体(1)、调节封盖(3)与螺纹杆(2)、螺纹杆(2)与截止阀的装配方式均为螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的一种具有自动泄压和截止功能的氢气减压阀,其特征在于,所述螺纹杆(2)的孔道底部与顶杆(6)杆部的接触位置设有用于密封的第一密封圈(4a),调节封盖(3)与阀体(1)的固定位置设有用于密封的第二密封圈(4b)。
5.根据权利要求1所述的一种具有自动泄压和截止功能的氢气减压阀,其特征在于,所述阀芯(7)与阀体(1)的接触位置设有第三密封圈(4c),第三密封圈(4c)的位置高于中间通道(10),使气体经过中间通道(10)后全部进入第一气体通道;所述阀芯(7)与入口封盖(8)的顶部凹槽接触位置设有第四密封圈(4d),第四密封圈(4d)的位置高于控制尖端。
6.根据权利要求1所述的一种具有自动泄压和截止功能的氢气减压阀,其特征在于,所述调节封盖(3)底部沿径向设有向上的凹陷通道,凹陷通道的中心轴与阀体出口(12)的中心轴平行,以加大第二气体通道的横截面积,使气体流动通畅。
7.根据权利要求1所述的一种具有自动泄压和截止功能的氢气减压阀,其特征在于,所述第一盘状端部的第三气体通道为多个。
8.根据权利要求1所述的一种具有自动泄压和截止功能的氢气减压阀,其特征在于,所述第一气体通道为倒T型,包括相互连通的竖直气体通道和水平气体通道;竖直气体通道与第三气体通道相连通,水平气体通道径向贯穿阀芯(7)的控制尖端并与中间通道(10)相连通。
9.根据权利要求1所述的一种具有自动泄压和截止功能的氢气减压阀,其特征在于,所述泄压通道(17)为T型结构,包括相互连通的竖直泄压通道和水平泄压通道;竖直泄压通道径向贯穿阀杆(13)并能与阀体内腔(16)连通,水平泄压通道与外界连通。
10.一种根据权利要求1~9任一所述氢气减压阀在汽车遭遇危险时的自动泄压和截止方法,其特征在于,具体如下:
1)在正常工作状态下,截止阀关闭,截止阀芯与截止阀座紧密配合形成密封,泄压通道(17)与阀体内腔(16)连通,外部进气管路的气流仅能通过入口封盖(8)进入主减压阀;阀芯(7)的控制尖端在入口通道(9)通入的气流推动下向上移动,打开所述控制通道,使入口通道(9)和中间通道(10)相连通;从入口通道(9)通入的气流依次经过控制通道、中间通道(10)、第一气体通道、第三气体通道和第二气体通道,减压后从阀体出口(12)排出;
2)当汽车遭遇危险情况时,截止阀开启,截止阀芯与截止阀座分离,气流入口(14)与阀体内腔(16)连通,泄压通道(17)关闭;外部进气管路的气流分为两路,同时向气流入口(14)和入口通道(9)中通入相同压力的气流;从气流入口(14)进入截止阀的气流,经阀体内腔(16)和气流出口(15)后进入调节通道(11)上部,对所述第二盘状端部产生向下的作用力;
在相同压力的气流作用下,由于第二盘状端部的径向横截面大于所述控制尖端的横截面,阀芯(7)受到的压力合力向下,使控制尖端回落至将控制通道封闭,实现主减压阀的自动截止;
3)当危险解除后,关闭截止阀,使泄压通道(17)与阀体内腔(16)连通,截止阀内的气流排出,实现截止阀的自动泄压;同时,主减压阀重新恢复正常工作状态。
说明书 :
一种具有自动泄压和截止功能的氢气减压阀及其方法
技术领域
背景技术
源行业发展的大势所趋。在此背景下,氢能由于其具有可再生性、制取方式多样、无污染、能
量转化率高、能量密度高、储存方式多样等特点,世界各国开始加大对氢能产业发展的重
视,氢能应用技术的研究也亟待进行。氢能是当前能源发展中具有战略意义的、最有发展潜
力的清洁能源。氢燃料电池汽车是氢能利用的一种重要形式。在实际应用中,高压轻质车载
氢系统是高压轻质车载氢系统包括高压储氢气瓶、管道、高压氢气减压阀、安全阀、单向阀、
氢气循环泵等设备,其中氢气减压阀是重要的部件。
减压阀作为集成瓶口阀中的一部分,只用于将从氢气瓶出来的氢气压力减至燃料电池的工
作压力,功能十分单一。
发明内容
封盖可拆卸式封闭装配于阀体的底端;所述入口封盖中开设顺次连通的入口通道、控制通
道和顶部凹槽,入口通道用于与外部进气管路相接;所述阀芯安装在阀体空腔下部,底部设
有控制尖端,控制尖端的下部位于所述入口封盖的顶部凹槽内并能将所述控制通道封闭;
所述控制尖端与所述顶部凹槽之间的周向空隙为中间通道,中间通道能通过控制通道与入
口通道相连通;所述阀芯中设有与中间通道连通的第一气体通道;所述调节封盖远离阀体
的一端同轴连接有螺纹杆,螺纹杆与调节封盖上分别开设轴向贯通且相互连通的第一孔道
和第二孔道;所述顶杆安装在阀体空腔上部,包括依次连接的第一盘状端部、杆部和第二盘
状端部;所述杆部贯通第二孔道并伸入第一孔道中,杆部高度不超出第一孔道,在第一孔道
上部留有调节通道,杆部与调节封盖和螺纹杆的接触处保持气密性并且杆部可沿第一孔道
和第二孔道上下滑动;调节封盖与第一盘状端部之间留有与阀体出口连通的第二气体通
道,第一盘状端部轴向开设贯通的第三气体通道,第一气体通道通过第三气体通道与第二
气体通道相连通;所述第一盘状端部压合于阀芯顶部,阀芯能够带动顶杆一同沿着阀体空
腔竖直上下移动;所述第二盘状端部位于调节通道下部,且能沿调节通道轴向移动,第二盘
状端部的径向横截面大于所述控制尖端的横截面;所述调节封盖与第一盘状端部之间设有
套于顶杆杆部的第一弹簧,在入口封盖和第一盘状端部之间设有套于阀芯外部的第二弹
簧,第一弹簧和第二弹簧始终处于压缩状态;
标气体能通过气流出口进入调节通道并作用于所述第二盘状端部;所述阀杆上开设有泄压
通道,泄压通道包括控制端和排放端,排放端与外界连通;控制端能在截止阀芯关闭时与截
止阀的阀体内腔连通,在截止阀芯开启时封闭。
槽接触位置设有第四密封圈,第四密封圈的位置高于控制尖端。
中间通道相连通。
尖端在入口通道通入的气流推动下向上移动,打开所述控制通道,使入口通道和中间通道
相连通;从入口通道通入的气流依次经过控制通道、中间通道、第一气体通道、第三气体通
道和第二气体通道,减压后从阀体出口排出;
通入相同压力的气流;从气流入口进入截止阀的气流,经阀体内腔和气流出口后进入调节
通道上部,对所述第二盘状端部产生向下的作用力;在相同压力的气流作用下,由于第二盘
状端部的径向横截面大于所述控制尖端的横截面,阀芯受到的压力合力向下,使控制尖端
回落至将控制通道封闭,实现主减压阀的自动截止;
压功能。
附图说明
中间通道10,调节通道11,阀体出口12,阀杆13,气流入口14,气流出口15,阀体内腔16,泄压
通道17。
具体实施方式
定,而且能够在发生紧急情况时,比如发生车祸时自动切断供气通道,即可以实现自动截止
功能。氢气减压阀主要包括相互连接的两部分,即主减压阀和截止阀,下面将对各部件的结
构和连接方式进行具体说明。
芯7和入口封盖8的中心轴重合,即各部件同轴装配。
螺纹结构,用于与外部管路螺纹连接固定。调节封盖3装配于阀体1的顶端,两者可拆卸式连
接,且连接处保持封闭。调节封盖3与阀体1之间可以采用螺纹连接,调节封盖3与阀体1的固
定位置设有第二密封圈4b,用于密封。入口封盖8装配于阀体1的底端,两者可拆卸式连接,
且连接处保持封闭。入口封盖8与阀体1可以采用螺纹连接,连接处封闭。
接结构可以为螺纹结构,通过螺纹连接与外部管路相固定。
槽形成密封,该密封可以采用加设第四密封圈4d的方式,第四密封圈4d的位置要高于阀芯7
的控制尖端。在初始状态下,阀芯7底部的控制尖端压合于控制通道的出口处,将控制通道
封闭。控制尖端与顶部凹槽之间的周向空隙为中间通道10,当控制尖端开启时,中间通道10
能通过控制通道与入口通道9相连通。阀芯7中设有第一气体通道,第一气体通道与中间通
道10相连通。阀芯7与阀体1的接触位置设有第三密封圈4c,第三密封圈4c的位置高于中间
通道10,使气体经过中间通道10后全部进入第一气体通道。在实际应用中,第一气体通道可
以为倒T型,包括竖直气体通道和水平气体通道,竖直气体通道与第三气体通道相连通,水
平气体通道径向贯穿阀芯7的控制尖端并与中间通道10相连通。除此之外,第一气体通道还
可以根据需要设置为其它形状的通道。
孔道相互连通。螺纹杆2的孔道底部与顶杆6杆部的接触位置设有第一密封圈4a,用于密封。
螺纹杆2远离调节封盖3的一端具有用于与截止阀出气管路相接的连接结构,该连接结构可
以为螺纹结构,用于与截止阀通过螺纹连接固定。
调节通道11。杆部与调节封盖3和螺纹杆2的接触处保持气密性,并且杆部可沿第一孔道和
第二孔道呈活塞式上下滑动。
阀芯7的顶部相接触,第一盘状端部轴向开设贯通的第三气体通道,第三气体通道可以根据
需要设置多个,第一气体通道通过第三气体通道与第二气体通道相连通。为了使气体流动
通畅,在调节封盖3底部可以沿径向设有向上的凹陷通道,以加大第二气体通道的横截面
积,凹陷通道的中心轴与阀体出口12的中心轴平行。
够带动顶杆6一同沿着阀体1空腔竖直上下移动。
二盘状端部的径向横截面积设置为大于控制尖端在封闭控制通道时与顶部凹槽接触处的
横截面积。
阀门的开启与关闭。截止阀主要包括气流入口14、端部设有截止阀芯的阀杆13和气流出口
15。气流入口14用于与外部进气管路相接,气流出口15与调节通道11的顶部连通,目标气体
能通过气流出口15进入调节通道11并作用于第二盘状端部。但与现有截止阀不同的是,阀
杆13上还开设有泄压通道17,泄压通道17包括控制端和排放端,排放端与外界连通。控制端
能在截止阀芯关闭时与截止阀的阀体内腔16连通,在截止阀芯开启时封闭。因此,应当将泄
压通道17设置在远离截止阀芯的一侧,以便于在截止阀芯开启时,泄压通道17的入流口能
够被阀体内壁所封闭。泄压通道17可以设置为T型结构,包括相互连通的竖直泄压通道和水
平泄压通道。其中,竖直泄压通道径向贯穿阀杆13并能与阀体内腔16连通,水平泄压通道与
外界连通。
封,泄压通道17与阀体内腔16连通,外部进气管路的气流仅能通过入口封盖8进入主减压
阀。
通。从入口通道9通入的气流依次经过控制通道、中间通道10、第一气体通道、第三气体通道
和第二气体通道,减压后从阀体出口12排出。
通道17关闭。外部进气管路的气流分为两路,同时向气流入口14和入口通道9中通入相同压
力的气流。
依次经过控制通道、中间通道10、第一气体通道、第三气体通道和第二气体通道,减压后从
阀体出口12排出。
减压阀的自动截止。
不会受到向下的大压力,从而实现截止阀的自动泄压。同时,主减压阀重新恢复正常工作状
态。
压功能。
化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案,均落在本发明的保
护范围内。