一种车用高压氢气组合瓶口阀

文档序号:113710 发布日期:2021-10-19 浏览:50次 >En<

阅读说明:本技术 一种车用高压氢气组合瓶口阀 (High-pressure hydrogen combined bottle mouth valve for vehicle ) 是由 计京宝 蒋三青 郭文军 葛晓成 唐再禹 于 2021-05-13 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种车用高压氢气组合瓶口阀,包括阀体,阀体上安装有电磁阀、截止阀、泄放阀、限流阀、温控泄放装置和过滤机构;在阀体内开设有依次相连的第一通道、第二通道、第三通道、第四通道和第五通道构成充气通道,由相互连通的第一温泄支路和第二温泄支道构成的“L”形的温泄通道,由相互连通的第一泄放支路和第二泄放支路构成的“L”形的泄放通道,泄放通道通过第六通道与第三通道连通。将限流阀、温控泄放装置、过滤机构集成到阀体上,并重新设定阀体内气路,减少供氢系统管路接点及漏点,系统的安全性及可靠性更高。(The invention discloses a high-pressure hydrogen combined bottle mouth valve for a vehicle, which comprises a valve body, wherein an electromagnetic valve, a stop valve, a discharge valve, a flow limiting valve, a temperature control discharge device and a filtering mechanism are arranged on the valve body; the valve body is internally provided with a first channel, a second channel, a third channel, a fourth channel and a fifth channel which are sequentially connected to form an inflation channel, an L-shaped temperature relief channel formed by a first temperature relief branch and a second temperature relief branch which are communicated with each other, and an L-shaped relief channel formed by a first relief branch and a second relief branch which are communicated with each other, wherein the relief channel is communicated with the third channel through a sixth channel. The flow limiting valve, the temperature control release device and the filtering mechanism are integrated on the valve body, the gas circuit in the valve body is reset, the number of joints and leakage points of a hydrogen supply system pipeline is reduced, and the safety and the reliability of the system are higher.)

一种车用高压氢气组合瓶口阀

技术领域

本发明属于高压阀产品技术领域,具体涉及一种用于安装在高压储氢气瓶的瓶口上的组合瓶口阀结构。

背景技术

高压气态储氢是目前最常用、最成熟的储氢技术,其储存方式是将工业氢气压缩到耐高压容器中,储氢气瓶是最常用的高压气态储氢容器;高压氢气集成瓶口阀安装于储氢气瓶上,控制储氢气瓶气体的通断;目前氢能汽车主要采用高压气态储氢方式。

随着韩国储氢罐爆炸、挪威加氢站爆炸事故的发生,用氢安全问题引起了全世界的瞩目,给蒸蒸日上的氢能源行业敲响警钟;相关资料数据,氢气的爆炸极限4.0%~75.6%(体积分数),当氢气与空气混合时,氢气体积占比在上述范围之内,遇火则爆炸。因此,储氢气瓶自接口端至氢燃料电池间供氢管路密封可靠性直接影响氢能汽车使用的安全性。

早期,供氢系统元器件采用的分列式连接,该布置形式将多个元器件逐个连接,连接节点较多增加系统漏点风险,不利于系统安全;反之,氢能汽车采用的瓶口阀所组合的功能越多,则燃料电池前端管路所需要的阀及管件连接点越少,则相应漏点减少。

发明内容

针对上述分列式布置带来了漏点风险问题,本发明旨在提供一种高组合的瓶口阀集成结构,以此减少供氢系统管路接点及漏点,增加系统的安全性及可靠性。

为此,本发明所采用的技术方案为:一种车用高压氢气组合瓶口阀,包括阀体,所述阀体下端带有螺接头用于插入储氢气瓶内,所述阀体上安装有电磁阀、截止阀、泄放阀,所述阀体上还安装有限流阀、温控泄放装置和过滤机构;

在阀体内开设有依次相连的第一通道、第二通道、第三通道、第四通道和第五通道构成充气通道;所述第一通道为经过螺接头的上下贯通孔,下端作为进气口用于与储氢气瓶相连并安装所述限流阀,上端安装截止阀,第三通道、第二通道一上一下横向开设,所述电磁阀安装在第三通道内,用于控制第三通道、第二通道的通断,所述第四通道的一端作为加气口并配备有堵头,另一端与第五通道连通,第五通道的一端插入所述过滤机构,使第四通道的气体经过滤后再进入第五通道,第五通道的另一端作为出气口;

在阀体内开设有由相互连通的第一温泄支路和第二温泄支道构成的“L”形的温泄通道;所述第一温泄支路与第一通道平行设置并经过螺接头,第一温泄支路内安装有所述温控泄放装置,当温度达到设定值时,温控泄放装置打开能使储氢气瓶内的气体经第一温泄支路、第二温泄支道进行释放;

在阀体内开设有由相互连通的第一泄放支路和第二泄放支路构成的“L”形的泄放通道;所述第一泄放支路与第一通道平行设置并经过螺接头,第二泄放支路内安装有所述泄放阀,所述泄放通道通过第六通道与第三通道连通,当遇到紧急故障时,泄放阀打开,能使第六通道和第二泄放支路导通,从而将储氢气瓶内的气体依次经泄放通道、第六通道进入充气通道用于充气。

作为上述方案的优选,所述限流阀包括限流阀阀体,所述限流阀阀体内开设有由下向上依次相连的第二限流道、第三限流道和第四限流道,在限流阀阀体内由上到下依次安装有第一弹簧、限流阀芯和调节螺母,调节螺母螺接在限流阀阀体内,且调节螺母内开有第一限流道,限流阀芯的下“T”形段与第二限流道内壁之间留有气流通道,上空心圆柱与第三限流道内壁滑动配合,上空心圆柱的根部设置有径向孔,下“T”形段外壁上设置有台阶斜面,第一弹簧的下端伸入上空心圆柱内,上端抵在在第三限流道的上端面上,当限流阀芯仅受第一弹簧作用时,第一限流道、第二限流道、第三限流道和第四限流道构成贯通的气流通道,当下“T”形段受力向上移动时,台阶斜面抵在第二限流道、第三限流道的分界处进行截止限流。限流阀采用弹簧的弹性实现最大压力的控制和阀芯的复位,从而对气体介质流量的改变作出敏锐的反应;该限流阀结构简单、安装方便、成本低,安全性能好,能实现主动应急处置防护,减少供氢系统漏点,密封性好,又有效降低燃料电池供氢系统经济成本。

进一步优选为,所述第一限流道为开设在调节螺母上的环绕轴线的圆周均布孔,所述径向孔为开设在上空心圆柱根部的环绕轴线的圆周均布孔。

进一步优选为,所述温控泄放装置包括温控锁紧螺母,以及由下向上依次插入温控锁紧螺母内腔中的感温玻璃管和滑动动阀芯,在滑动动阀芯的下杆部还套装有第二弹簧,所述温控锁紧螺母的顶部开有与内腔相通的轴向导热孔和径向导热孔。在正常工作情况下,温控泄放装置的密封性能安全可靠;能在突发意外灾害时,及时启动安全通道,防止意外灾害进一步升级。

进一步优选为,所述第二弹簧采用蝶形弹片,蝶形弹片的一端装配于滑动动阀芯的台阶面上,另一端置于阀体台阶面上,温控锁紧螺母螺接在阀体的第一温泄支路上。

进一步优选为,所述温控锁紧螺母、滑动动阀芯上分别设置有供感温玻璃管端头插入安装的凹槽。

进一步优选为,所述过滤机构包括由前到后依次布置的滤芯、滤芯限位弹簧和滤芯堵头,所述滤芯堵头带有外螺纹用于安装固定,滤芯采用后端封闭、前端敞开的中空筒结构,纵截面呈“n”形,所述滤芯限位弹簧安装在滤芯堵头与滤芯之间。结构简单,布局合理,减少漏点,密封性好,更换滤芯方便,有效降低燃料电池供氢系统经济成本。

进一步优选为,所述滤芯堵头的端头与外螺纹段之间设置有密封圈,所述外螺纹段的底部设置有凹槽用于安装滤芯限位弹簧的后端,滤芯限位弹簧的前端抵在滤芯的封闭端。

进一步优选为,所述阀体内还设置有上下贯通并经过螺接头的线束安装通道,温度传感器设置在线束安装通道內,并能通过线束将温度探头感测的温度信号输出;所述温度传感器包括过线螺母、线束、温度探头、固定压盘、锁紧螺栓;温度探头的上端结合O形密封圈连接于线束安装通道内,下端置于阀体下部外侧;固定压盘通过锁紧螺栓将温度探头紧固;线束一端与温度探头相连,另一端穿过过线螺母;过线螺母位于阀体顶部并接于线束安装通道内。

本发明的有益效果:将电磁阀、截止阀、泄放阀、限流阀、温控泄放装置、过滤机构集成到阀体上,并重新设定阀体内气路,集成供气通道、泄放通道、加气通道、温泄通道、线束安装通道,以此减少供氢系统管路接点及漏点,使组合瓶口阀集成度更高,功能更完善,系统的安全性及可靠性更高,特别是通过各通道的巧妙布置,部分连通,部分独立,使整个阀体结构更加紧凑合理。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1顶部的俯视剖面图。

图3为先导式电磁阀的剖面图。

图4为限流阀的导通剖面图。

图5为限流阀的截止剖面图。

图6为限流阀芯剖面图。

图7为过滤机构分解示意图。

图8为泄放阀在泄放通道上的安装剖面图。

图9为温度传感器在线束安装通道上的安装剖面图。

图10为温控泄放装置的剖面图。

图11为温控泄放装置截止状态的剖面图。

图12为温控泄放装置导通状态的剖面图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图,对本发明作进一步说明:

结合图1、图2所示,一种车用高压氢气组合瓶口阀,主体为阀体2,阀体2下端带有螺接头用于插入储氢气瓶内,瓶口阀安装在储氢气瓶的瓶口部位。

阀体2上安装有电磁阀1、截止阀3、泄放阀6、限流阀4、温控泄放装置8、过滤机构5、温度传感器7等。其中,阀体2顶部安装电磁阀1、截止阀3、过滤机构5、温控泄放装置8、泄放阀6;阀体2底部安装限流阀4和温度传感器7。

在阀体2内开设有依次相连的第一通道26、第二通道25、第三通道22、第四通道23和第五通道21构成充气通道。在阀体2内开设有由相互连通的第一温泄支路210和第二温泄支道211构成的“L”形的温泄通道。在阀体2内开设有由相互连通的第一泄放支路27和第二泄放支路28构成的“L”形的泄放通道。阀体2内还设置有线束安装通道29。其中,充气通道与泄放通道通过第六通道24相连,泄放阀6安装在泄放通道的末端。正常状态下,由于泄放阀6的设置两条通道不相通,仅在泄放阀6打开后,充气通道与泄放通道才通过第六通道24连通。温泄通道、线束安装通道各自独立。充气通道、泄放通道、温泄通道、线束安装通道的起始段都设置在阀体2下端的螺接头上。

下面介绍各个通道的具体结构:

充气通道:第一通道26为经过螺接头的上下贯通孔,下端作为进气口a用于与储氢气瓶相连并安装限流阀4,上端安装截止阀3。第三通道22、第二通道25一上一下横向开设,电磁阀1安装在第三通道22内,用于控制第三通道22、第二通道25的通断。第四通道23的一端作为加气口c并与管路前端加氢口相连,另一端与第五通道21连通,第五通道21的一端插入过滤机构5,使第四通道23的气体经过滤后再进入第五通道21,第五通道21的另一端作为出气口b。

当需要利用储氢气瓶内的气体向管路后端燃料电池进行供气时,供气路线依次为:进气口a、第一通道26、第二通道25、第三通道22、第四通道23、第五通道21、出气口b。

当需要利用加气口c向储氢气瓶内的充气时,加气口c处进气,出气口b后端管路上的主控阀关闭,加气路线依次为:加气口c、第四通道23、第三通道22、第二通道25、第一通道26、进气口a,再进入储氢气瓶内。

温泄通道:在阀体2内开设有由相互连通的第一温泄支路210和第二温泄支道211构成的“L”形的温泄通道。第一温泄支路210与第一通道26平行设置并经过螺接头,第一温泄支路210内安装有温控泄放装置8,当温度达到设定值时,温控泄放装置8打开能使储氢气瓶内的气体经第一温泄支路210、第二温泄支道211进行释放。有必要的是,在第二温泄支道211的末端设置有接口,用于将泄放气体排到车外。温泄路线依次为:第一温泄支路210、第二温泄支道211。

泄放通道:在阀体2内开设有由相互连通的第一泄放支路27和第二泄放支路28构成的“L”形的泄放通道。第一泄放支路27与第一通道26平行设置并经过螺接头。第二泄放支路28内安装有泄放阀6,泄放通道通过第六通道24与第四通道23连通。当遇到紧急故障时,泄放阀6打开,能使第六通道24和第二泄放支路28导通,从而将储氢气瓶内的气体依次经泄放通道、第六通道24、第四通道23、第五通道21,并经出气口b输出,用于管路后端燃料电池供气。泄放路线依次为:第一泄放支路27、第二泄放支路28、第六通道24、第四通道23、第五通道21、出气口b。

下面介绍各个零部件的具体结构:

结合图1、图3所示,电磁阀1采用先导式电磁阀,先导式电磁阀设置在第三通道22内,先导式电磁阀用于控制第三通道22与第二通道25之间的连通状态;正常状态下,先导式电磁阀处于常闭状态,如图1所示。

先导式电磁阀包括电磁阀无磁管11,电磁阀无磁管11一端设置于第三通道22内,电磁阀无磁管11内设置有第三弹簧12、动铁芯14、先导堵头15。第三弹簧12的一端与电磁阀无磁管11连接,第三弹簧12的另一端与动铁芯14连接,动铁芯14与先导堵头15连接,第三弹簧12用于先导堵头15提供推力,先导堵头15用于密封第三通道22,将第三通道22的下端与第二通道25截止,实现气路截止状态。电磁阀线圈13位于阀体2外侧,与电磁阀无磁管11相套合。当释放储气瓶气体时,电磁阀线圈13通电,向动铁芯14提供拉力,拉力的方向与第三弹簧12推力的方向相反,动铁芯14克服第三弹簧12推力,带动先导堵头15移动,将第三通道22的下端与第二通道25贯通,则可控制气路导通。

如图1所示,截止阀3设置在第一通道26内,截止阀3最好采用手动截止阀。手动截止阀用于控制第二通道25和第一通道26之间的连通状态;正常状态下,手动截止阀处于常开状态,第二通道25和第一通道26之间连通;当遇到先导式电磁阀故障时,手动截止阀可以锁紧关闭,将第二通道25和第一通道26之间截止,避免气体泄漏。

手动截止阀包括锁紧螺母31,锁紧螺母31螺纹连接于第一通道26内。调节杆32螺纹连接于锁紧螺母31内,密封堵头33置于调节杆32端部并紧密嵌合;通过旋进调节杆32向下,进而密封堵头33封堵第一通道26,实现第二通道25和第一通道26之间的气路截止。

结合图1、图4—图6所示,限流阀4由限流阀阀体41、第一弹簧44、限流阀芯42和调节螺母43组成。在限流阀阀体41内开设有由下向上依次相连的第二限流道412、第三限流道413和第四限流道414。在限流阀阀体41内由上到下依次安装有第一弹簧44、限流阀芯42和调节螺母43。调节螺母43螺接在限流阀阀体41内,且调节螺母43内开有第一限流道411。

限流阀芯42分为下“T”形段424和上空心圆柱421,限流阀芯42设置于限流第二通道412和限流第三通道413中,限流阀芯42可在两者间上下移动。下“T”形段424与第二限流道412内壁之间留有气流通道,上空心圆柱421与第三限流道413内壁滑动配合。上空心圆柱421的根部设置有径向孔422,下“T”形段424外壁上设置有台阶斜面423,第一弹簧44的下端伸入上空心圆柱421内,上端抵在在第三限流道413的上端面上。当限流阀芯42仅受第一弹簧44作用时,第一限流道411、第二限流道412、第三限流道413和第四限流道414构成贯通的气流通道,当下“T”形段424受力向上移动时,台阶斜面423抵在第二限流道412、第三限流道413的分界处进行截止限流。

最好是,第一限流道411为开设在调节螺母43上的环绕轴线的圆周均布孔,径向孔422为开设在上空心圆柱421根部的环绕轴线的圆周均布孔,用于与第三限流道413相通,图中所示为四个,但不限于此。

限流阀芯42向上运动至台阶斜面423抵于第二限流道412、第三限流道413的分界处形成的台阶面上,限流阀芯42上段侧壁上的径向孔422位于第三限流道413中,限流阀芯42的台阶斜面423与第二限流道412、第三限流道413之间的台阶间相抵时形成封闭,则第二限流道412、第三限流道413处于截止状态,则限流阀便主动关闭限流,气体不能经第四限流道414流出,防止气体介质的大量流失。

结合图2、图7所示,过滤机构5包括由前到后依次布置的滤芯53、滤芯限位弹簧52和滤芯堵头51。滤芯堵头51带有外螺纹用于安装固定,滤芯53采用后端封闭、前端敞开的中空筒结构,纵截面呈“n”形,滤芯限位弹簧52安装在滤芯堵头51与滤芯53之间。

最好是,滤芯堵头51的端头与外螺纹段之间设置有密封圈,外螺纹段的底部设置有凹槽用于安装滤芯限位弹簧52的后端,滤芯限位弹簧52的前端抵在滤芯53的封闭端。

过滤机构5通过滤芯堵头51螺纹连接于第五通道21内,第四通道23中介质气体经滤芯53进入第五通道21后,从出气口b排出,从而保护管路系统后端的元器件。过滤机构5的结构形式,更便于安装及滤芯更换。

结合图2、图8所示,在阀体2内开设有由相互连通的第一泄放支路27和第二泄放支路28构成的“L”形的泄放通道。充气通道与泄放通道通过第六通道24相连,泄放阀6设置在第二泄放支路28内,用于控制第六通道24和第二泄放支路28之间的连通状态。正常状态下,第六通道24和第二泄放支路28之间处于截止状态,泄放阀6处于常闭状态;当遇到紧急故障时,泄放阀6旋开,使第六通道24和第二泄放支路28导通,气体可以释放出去。泄放阀6与手动截止阀具有相同的结构形式,在此不再赘述。

结合图2、图9所示,阀体2内还设置有上下贯通并经过螺接头的线束安装通道29。温度传感器7设置在线束安装通道29内,并能通过线束72将温度探头75感测的温度信号输出。温度传感器7主要由过线螺母71、线束72、温度探头76、固定压盘74、锁紧螺栓75组成。温度探头76的上端结合O形密封圈73连接于线束安装通道29内,下端置于阀体2下部外侧;固定压盘74通过锁紧螺栓75将温度探头76紧固;线束72一端与温度探头76相连,另一端穿过过线螺母71;过线螺母71位于阀体2顶部并接于线束安装通道29内。

结合图2、图11、图12所示,温控泄放装置8主要由温控锁紧螺母81、第二弹簧84,以及由下向上依次插入温控锁紧螺母81内腔中的感温玻璃管82和滑动动阀芯83组成。第二弹簧84套装在滑动动阀芯83的下杆部,温控锁紧螺母81的顶部开有与内腔相通的轴向导热孔811和径向导热孔812。

第二弹簧84最好采用蝶形弹片,蝶形弹片的一端装配于滑动动阀芯83的台阶面上,另一端置于阀体2台阶面上,温控锁紧螺母81螺接在阀体2的第一温泄支路210上。温控泄放装置8用于控制第一温泄支路210和第二温泄支路211之间的连通状态。正常状态下,第一温泄支路210和第二温泄支路211之间处于截止状态,形成密封封闭结构。

温控锁紧螺母81、滑动动阀芯83上最好分别设置有供感温玻璃管82端头插入安装的凹槽。

当气瓶周围出现意外灾害,位于瓶阀部分遇到突发的温度骤升,高温热流经温控锁紧螺母81端部轴向导热孔811、径向导热孔812快速渗入温控泄放装置中的感温玻璃管82周围;当环境温度上升到110±5℃时,感温玻璃管82达到爆碎设定的温点而爆碎;由于感温玻璃管的爆碎,滑动动阀芯83单边失去支撑力,滑动动阀芯83在瓶内气体压力及第二弹簧84的弹力共同作用下,推动滑动动阀芯83向温控锁紧螺母81方向移动,进而打破原有的密封结构形式,使第一温泄支路210和第二温泄支路211之间处于导通状态,瓶内高压气体排除。

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