阅读说明：本技术 一种能保持流量和出口压力稳定的氢气减压阀及其方法 (Hydrogen pressure reducing valve capable of keeping flow and outlet pressure stable and method thereof ) 是由 *** 王春鹏 李纯杰 郑水英 毛炜炜 于 2020-06-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种能保持流量和出口压力稳定的氢气减压阀及其方法,减压阀的阀体从上到下依次同轴装配调节封盖、顶杆、阀芯和入口封盖。阀体侧壁开设阀体出口,阀芯底部设有控制尖端,在非工作状态下阀芯底部的控制尖端将控制通道封闭。控制尖端与顶部凹槽之间的空隙为中间通道,阀芯中设有第一气体通道,调节封盖远离阀体的一端同轴连接有螺纹杆。调节封盖与盘状头部之间留有第二气体通道,盘状头部开设有贯通的第三气体通道。本发明的减压阀结构简单、可靠性高、使用寿命长,当减压阀气体入口处的压力随储氢量减少而降低时,能保持出口处流量和压力的稳定,当减压阀气体入口处的压力由于外界原因变大时,同样能保持出口处流量和压力的稳定。(The invention discloses a hydrogen pressure reducing valve capable of keeping flow and outlet pressure stable and a method thereof. The side wall of the valve body is provided with a valve body outlet, the bottom of the valve core is provided with a control tip, and the control tip at the bottom of the valve core seals the control channel in a non-working state. The gap between the control tip and the top groove is a middle channel, a first gas channel is arranged in the valve core, and one end of the adjusting seal cover, which is far away from the valve body, is coaxially connected with a threaded rod. A second gas channel is reserved between the adjusting seal cover and the disc-shaped head, and the disc-shaped head is provided with a through third gas channel. The pressure reducing valve has the advantages of simple structure, high reliability and long service life, can keep the flow and the pressure at the outlet stable when the pressure at the gas inlet of the pressure reducing valve is reduced along with the reduction of the hydrogen storage amount, and also can keep the flow and the pressure at the outlet stable when the pressure at the gas inlet of the pressure reducing valve is increased due to external reasons.)

一种能保持流量和出口压力稳定的氢气减压阀及其方法

技术领域

本发明涉及减压阀装置，具体涉及一种能保持流量和出口压力稳定的氢气减压阀及其方法。

背景技术

随着氢能产业得日益扩大，在氢能规模化发展得同时，大量得和氢气介质相关得零部件可选择性也大大增加，但是氢气作为一种易燃易爆得物质，如何在使用中保证其安全性就成为了一个不可避免的因素。在氢能领域内，高压氢气的储存与利用是目前技术状态下最为经济、合理的利用方式，并且得到了大量的使用验证，在高压氢气得使用过程中将氢气稳定到适合特定装置使用的压力和流量就需要减压阀来进行精确得控制。

氢气减压阀的减压原理是氢气通过狭窄截面时产生节流效应，氢气温度升高，压力降低，可以通过调节狭窄截面的面积来调节氢气的流量和出口压力。

但目前常用的氢气减压阀无法实现出口气体的流量和压力保持稳定，当通入氢气的压力变化时，出口处的气体压力和流量随之变化。这会使得氢气减压阀的稳定性降低、使用寿命减短。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，并提供一种能保持流量和出口压力稳定的氢气减压阀及其方法。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一种能保持流量和出口压力稳定的氢气减压阀，其包括阀体、调节封盖、顶杆、阀芯和入口封盖；沿竖直方向，阀体从上到下依次同轴装配调节封盖、顶杆、阀芯和入口封盖；所述阀体的轴向贯通开设空腔，侧壁开设阀体出口，阀体出口排气的一端具有用于与外部出气管路相接的连接结构；调节封盖装配于阀体的顶端，连接处封闭，入口封盖装配于阀体的底端，连接处封闭；

所述入口封盖中开设有顺次连通的入口通道、控制通道和顶部凹槽，入口封盖远离阀体的一端具有用于与外部进气管路相接的连接结构，入口通道用于减压阀进气；

所述阀芯安装在阀体的空腔内，阀芯底部设有控制尖端，阀芯下部伸入所述入口封盖的顶部凹槽中且侧壁与顶部凹槽形成密封，在非工作状态下阀芯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；所述控制尖端与所述顶部凹槽之间的空隙为中间通道，中间通道能通过控制通道与入口通道相连通；所述阀芯中设有第一气体通道，第一气体通道与中间通道相连通；

所述调节封盖远离阀体的一端同轴连接有螺纹杆，螺纹杆与调节封盖轴向分别设有第一孔道和第二孔道，第一孔道和第二孔道相互贯通；螺纹杆远离调节封盖的一端具有用于与外部出气管路相接的连接结构；

所述顶杆安装在阀体的空腔内，包括相互连接的盘状头部和杆部，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；

所述调节封盖与盘状头部之间设有第一弹簧，第一弹簧套设于所述杆部，调节封盖与盘状头部之间留有第二气体通道，所述第二气体通道与阀体出口相连通；所述盘状头部与阀芯的顶部相接触，盘状头部开设有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；

在入口封盖和盘状头部之间设有第二弹簧，第二弹簧套设于阀芯外部；盘状头部与阀芯分别通过第一弹簧和第二弹簧作用力呈压合状态，阀芯能够带动顶杆一同沿着阀体空腔竖直上下移动。

作为优选，所述调节封盖与阀体、入口封盖与阀体、调节封盖与螺纹杆的装配方式均为螺纹连接。

作为优选，所述螺纹杆的孔道底部与顶杆杆部的接触位置设有第一密封圈，用于密封；调节封盖与阀体的固定位置设有第二密封圈，用于密封。

作为优选，所述阀芯与阀体的接触位置设有第三密封圈，第三密封圈的位置高于中间通道，使气体经过中间通道后全部进入第一气体通道；所述阀芯与入口封盖的顶部凹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。

作为优选，所述调节封盖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。

作为优选，所述盘状头部的第三气体通道为多个。

作为优选，所述第一气体通道为倒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，水平气体通道贯穿阀芯的控制尖端并与中间通道相连通。

作为优选，所述连接结构为螺纹结构。

作为优选，所述控制尖端为锥状结构。

一种保持如上述任一所述氢气减压阀出口流量和压力稳定的方法，其包括如下步骤：

1)未向减压阀中通入氢气时，第一弹簧和第二弹簧由于重力作用均处于压缩状态，阀芯的控制尖端将控制通道封闭；

2)工作时，将外部的氢气管路分别与螺纹杆和入口封盖的连接结构相连接，同时向调节通道和入口通道中通入相同压力的氢气，阀芯的控制尖端在入口通道通入的氢气推动下向上移动，打开所述控制通道，使入口通道和中间通道相连通；从入口通道通入的氢气依次经过控制通道、中间通道、第一气体通道、第三气体通道和第二气体通道，最后从阀体出口排出；从调节通道通入的氢气不与从入口通道通入的氢气相连通，仅对顶杆具有向下的作用力；

3)当通入的氢气压力变小时，在阀体出口处的氢气流量和压力有变小的趋势；此时，由于调节通道通入的氢气在顶杆上的作用力变小，阀芯的控制尖端与控制通道之间间隙的横截面积变大，在阀体出口处的氢气流量和压力有变大的趋势；两种趋势相互抵消，使得阀体出口处的氢气流量和压力保持相对稳定的状态；

4)当通入的氢气压力变大时，在阀体出口处的氢气流量和压力有变大的趋势；此时，由于调节通道通入的氢气在顶杆上的作用力变大，阀芯的控制尖端与控制通道之间间隙的横截面积变小，在阀体出口处的氢气流量和压力有变小的趋势；两种趋势相互抵消，使得阀体出口处的氢气流量和压力保持相对稳定的状态。

本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

1)本发明的减压阀结构简单，并且可靠性高、使用寿命长；

2)当减压阀气体入口处的压力随储氢量减少而降低时，能保持出口处流量和压力的稳定；

3)当减压阀气体入口处的压力由于外界原因变大时，同样能保持出口处流量和压力的稳定。

附图说明

图1为本发明减压阀的立体示意图；

图2为图1中A-A截面的剖视图；

图3为本发明减压阀中螺纹杆、调节封盖、顶杆和阀芯的立体示意图；

图4为本发明减压阀中阀体和入口封盖的立体示意图。

图中附图标记为：阀体1，螺纹杆2，调节封盖3，第一密封圈4a，第二密封圈4b，第三密封圈4c，第四密封圈4d，第一弹簧5a，第二弹簧5b，顶杆6，阀芯7，入口封盖8，入口通道9，中间通道10，调节通道11，阀体出口12。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施方式旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

如图1～4所示，为一种能保持流量和出口压力稳定的氢气减压阀，其包括阀体1、调节封盖3、顶杆6、阀芯7和入口封盖8。沿竖直方向，阀体1从上到下依次装配调节封盖3、顶杆6、阀芯7和入口封盖8。阀体1、调节封盖3、顶杆6、阀芯7和入口封盖8的中心轴重合，即各部件同轴装配。

阀体1沿轴向贯通开设有空腔，阀体1的侧壁开设有阀体出口12，阀体出口12为一截管段，管段最后排气的一端具有用于与外部出气管路相接的连接结构，该连接结构可以为内螺纹结构，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，调节封盖3与阀体1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，入口封盖8与阀体1采用螺纹连接，连接处封闭。

入口封盖8中开设有顺次连通的入口通道9、控制通道和顶部凹槽，入口通道9用于减压阀进气。入口封盖8远离阀体1的一端具有用于与外部进气管路相接的连接结构，该连接结构可以为螺纹结构，通过螺纹连接与外部管路相固定。

阀芯7安装在阀体1的空腔内，阀芯7底部设有控制尖端，该控制尖端的直径逐渐减小，形状可以为锥状、半球状等。阀芯7下部伸入入口封盖8的顶部凹槽中且侧壁与顶部凹槽形成密封，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。在非工作状态下阀芯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。

调节封盖3远离阀体1的一端同轴连接有螺纹杆2，该连接方式可以采用螺纹连接，螺纹杆2轴向设有贯通的第一孔道，调节封盖3轴向设有贯通的第二孔道，第一孔道和第二孔道相互贯通。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的一端具有用于与外部出气管路相接的连接结构，该连接结构可以为螺纹结构，用于与外部管路螺纹连接固定。

顶杆6安装在阀体1的空腔内，顶杆6包括相互连接的盘状头部和杆部。顶杆6安的杆部由下至上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，也就是说在第一孔道上部留有调节通道11。并且，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。

调节封盖3与盘状头部之间设有第一弹簧5a，第一弹簧5a套设于杆部，调节封盖3与盘状头部之间留有第二气体通道，第二气体通道与阀体出口12相连通。盘状头部与阀芯7的顶部相接触，盘状头部开设有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。

在入口封盖8和盘状头部之间设有第二弹簧5b，第二弹簧5b套设于阀芯7外部。盘状头部与阀芯7分别通过第一弹簧5a和第二弹簧5b作用力呈压合状态，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。

保持上述氢气减压阀出口流量和压力稳定的方法，其包括如下步骤：

1)未向减压阀中通入氢气时，第一弹簧5a和第二弹簧5b由于重力作用均处于压缩状态，阀芯7的控制尖端将控制通道封闭。

2)减压阀在工作时，首先将外部的氢气管路分别与螺纹杆2和入口封盖8的连接结构相连接，同时向调节通道11和入口通道9中通入相同压力的氢气。此时，阀芯7的控制尖端在入口通道9通入的高压氢气推动下向上移动，从而打开控制通道，使入口通道9和中间通道10相连通。从入口通道9通入的氢气依次经过控制通道、中间通道10、第一气体通道、第三气体通道和第二气体通道，最后从阀体出口12排出。其中，从调节通道11通入的氢气不与从入口通道9通入的氢气相连通，从调节通道11通入的氢气仅对顶杆6具有向下的作用力。

3)将阀芯7的控制尖端与控制通道之间间隙的横截面积定义为阀门开度，当入口氢气压力相同时，当阀门开度越大，出口处流量和压力越大，当阀门开度越小，出口处流量和压力越小。

因此，在工作过程中，当通入减压阀的氢气压力变小时，在阀体出口12处的氢气流量和压力有变小的趋势。同时，由于调节通道11通入的氢气在顶杆6上的作用力变小，阀门开度变大，在阀体出口12处的氢气流量和压力有变大的趋势。两种趋势相互抵消，使得阀体出口12处的氢气流量和压力保持相对稳定的状态。

在工作过程中，当通入减压阀的氢气压力变大时，在阀体出口12处的氢气流量和压力有变大的趋势。同时，由于调节通道11通入的氢气在顶杆6上的作用力变大，阀门开度变小，在阀体出口12处的氢气流量和压力有变小的趋势。两种趋势相互抵消，使得阀体出口12处的氢气流量和压力保持相对稳定的状态。

本发明的减压阀结构简单，可靠性高，寿命长。当减压阀气体入口处的压力随储氢量减少而降低时，能保持出口处流量和压力的稳定。当减压阀气体入口处的压力由于外界原因变大时，同样能保持出口处流量和压力的稳定。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。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。