CN101418910A - 车载高压储氢瓶用一体式瓶阀 - Google Patents
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Abstract
一种车载高压储氢气瓶用一体式瓶阀，减压调节阀通过阀体接口、气道与电磁阀及接口相连，构成供气通道；充气单向阀与阀体接口及进气通道相连，构成充气通道；安全阀与阀体接口、泄气口以及连通气道相连，构成过压、过温安全泄气通道；手动截止阀与阀体接口、泄气口以及连通气道相连，构成应急手动放气通道；压力传感器与阀体接口、连通气道相连，形成压力在线检测通道；温度传感器通过接线柱与阀体气道相连，引线通过接线柱引出阀体，形成温度在线检测通道。该瓶阀是集减压调节、电磁开关、安全泄压(过压泄气和过温泄气)、单向充气、手动应急泄压以及温度/压力传感多功能于一体的组合式阀件。
Description
技术领域
本发明属于新能源技术领域，涉及高压储氢气瓶用一体式瓶阀，特别是适合于70MPa以上储氢气瓶的主阀。
背景技术
人类主要能源利用形式的重大转变一方面有力地促进了人类经济社会的大发展，同时也对人类赖以生存的环境产生重要影响。在石油资源日趋紧缺和环境污染日趋严重的双重压力下，迫使人们不断追求能源利用效率的最大化和排放的最小化。由于低碳燃料的高能效、低排放等特点，气态燃料在不久的将来必将会占有越来越重要的地位，从液化石油气、煤气化合成气、天然气，最终发展到氢气，氢能作为一种高效、清洁、可持续的“无碳”能源未来必将会成为一种重要的二次能源，在未来的能源结构中将占有重要地位。
氢作为一种重要的二次能源，特别适合用于移动式动力能源，如车载能源，正是因为如此，国内外关于氢燃料汽车的研究受到了高度关注，特别是燃料电池汽车。由于氢是世界上最轻的物质，其存储密度很难与其它物质相比，氢的高密度储存已经成为了世界性的难题。目前乃至今后相当长的时间内，氢气的高压存储仍然是一种主要方式，氢气的存储密度与存储压力直接相关。为加速推进氢燃料电池汽车的商业化进程，将储氢压力提到更高的压力(如70MPa)可以大大提高燃料电池汽车的续驶里程。然而储存压力提高不仅对高压储氢容器的技术水平提出了很高的要求，而且对一体式瓶阀也提出了很大挑战。
车载储氢瓶的瓶阀不同于非车载情况下的瓶阀，它的特点应体现在安全性高、集成度高以及监控性复杂等。在现行研制的燃料电池汽车中，如果采用国产瓶组，则储氢瓶的瓶阀往往只安装一个气瓶阀，然后再通过组装相应功能的单体阀件、元器件、高压管路及控制器件等对高压氢气进行输送与监控，是一个分列式布置的供气系统，其安全性和可靠性低；如果采用进口瓶组，则瓶阀采用的是一体式组合瓶阀，目前主要应用的是加拿大的Dynetek公司是生产的高压车载储氢瓶组。其一体式瓶阀集成了电磁阀、安全阀(PRD)、手动截止阀以及温度/压力传感器等部件，相比分列式的供气系统而言，其安全性、可靠性大大提高。但此类一体式瓶阀内采用的是高压电磁阀，这不仅使得后续供氢管路系统承受与瓶内相同的压力，而且随着储存压力的提高，对电磁阀的技术提出了很高要求，一方面要提供足够高的电磁力，另一方面要控制电磁阀的体积和温升效应，这是非常困难的，特别是对于储存压力达到70MPa时，这种设计方案不可取。
针对此类一体式瓶阀对后续供氢管路系统承受与瓶内相同压力的不足，徐焕恩提出了在阀体外部再组合一个减压阀的设计思路(专利“高压储氢瓶组合阀”申请号：20071017549.1)。虽然对后续管路的压力起到减压作用，但其实质上只是将车载供氢管路中的减压阀前置，并集成于阀体上，瓶阀仍然需要高压电磁阀。
发明内容
本发明的目的在于提出一种不需要高压电磁阀且具有减压功能的一体式高压储氢瓶阀。
本发明采用技术方案及工作原理如下所述：
该一体式瓶阀由下面多个部件组成，减压调节阀通过阀体接口、气道与电磁阀(该电磁阀为电磁阀与单向阀的组合阀)及接口相连，构成供气通道；充气单向阀与阀体接口及进气通道相连，构成充气通道；安全阀(过压释放装置和过温释放装置)与阀体接口、泄气口以及连通气道相连，构成过压、过温安全泄气通道；手动截止阀与阀体接口、泄气口以及连通气道相连，构成应急手动放气通道；压力传感器与阀体接口、连通气道相连，形成压力在线检测通道；温度传感器通过接线柱与阀体气道相连，引线通过接线柱引出阀体，形成温度在线检测通道。
一种车载高压储氢气瓶用一体式瓶阀，该瓶阀是集减压调节、电磁开关、安全泄压(过压泄气和过温泄气)、单向充气、手动应急泄压以及温度/压力传感多功能于一体的组合式阀件。
瓶内高压氢气首先通过内置式减压阀件将压力减至设定压力，然后减压后的氢气通过电磁阀进入供氢管路。
该电磁阀不必是高压电磁阀，一般只需在几个MPa甚至更低压力下能够开关的电磁阀就可以了。该电磁阀为一内置式电磁阀，由电磁线圈、定磁芯、弹簧以及单向阀组成。定磁芯一端装有弹簧，并置于电磁线圈内，定磁芯的另一端连接于单向阀。
所述的瓶内氢气的输出顺序，该一体式瓶阀的向外输气气道是独立的，不能与一体式阀中的其它高压气道共用。
该安全阀是集成了过压释放功能和过温释放功能的双功能阀，安全阀由密封端子、弹簧、带有密封圈的圆柱、熔栓块以及螺栓组成，弹簧的一端套于密封端子的螺杆上，另一端压在带有密封圈的圆柱体上，圆柱体的另一端压在熔栓块上，熔栓块内至于螺栓内。所述的内置式减压阀，该减压阀主要由阀体、阀芯、弹簧、压力调节螺母以及进气孔组成，弹簧套在阀芯上，弹簧的一端压在阀体的空腔内，另一端顶在压力调节螺母上，阀芯的一端顶在进气孔上，另一端与压力调节螺母相连。本发明的工作原理：高压储氢瓶一体式组合阀通过高压储氢瓶的瓶口螺纹安装在储氢瓶上。当向储氢瓶充气时，高压氢气经过充气口气道、充气单向阀及阀体气道进入储氢瓶内，充气时电磁阀激磁线圈断电，电磁阀处于关闭状态。当正常向外供气时，电磁阀打开，高压氢气经过减压阀、低压气道、电磁阀向外输出一定压力的低压氢气。充气和供气时，储氢瓶内的温度通过瓶阀内置传感器向控制系统输出信号，而储氢瓶内的压力则通过外接压力传感器向控制系统输出信号。当储氢瓶内气体压力超过设定压力时，安全阀的过压释放装置启动释放气体，直到处于设定压力。当储氢瓶外温度达到设定值时(通常是因为燃烧引起的)，安全阀的过温释放装置启动，释放高压氢气，直到常压。注意过温释放装置启用过一次，安全阀就需更换。当减压阀或电磁阀出现故障而导致瓶内气体无法向外供气时，旋开手动截止阀，气体经泄气口排出。需要注意的是，该一体式瓶阀的向外供气气道是独立的，而阀体中其它的高压气道可以共用，也可以独用。
本发明可提供一种更安全有效的高压储氢瓶一体式阀件，其最大特点在于高压氢气输出顺序的改变，瓶内高压氢气首先通过内置式减压阀件将压力减至设定压力，然后减压后的氢气通过低压电磁阀进入供氢管路。这一顺序的改变直接对电磁阀的要求大大降低，而将高压供氢系统的安全性却可以大幅提高。这一顺序改变的同时，对一体式阀的阀体和其它部件的设计上带来新的改变。
附图说明
图1本发明实施例的高压储氢瓶一体式瓶阀外表面结构示意正视图。
图2是图1所示实施例中的A-A截面图。
图3是图1所示实施例中的C-B截面图。
图中标号：1.安全阀(集成过压释放装置和过温释放装置)，2.手动截止阀，3.充气单向阀及接口，4.电磁阀及接口，5.减压阀，6.阀体，7.电磁阀引线，8.拆卸力矩孔，9.压力传感器接口，10.温度传感器引线，11.手动截止阀泄气口，12.安全阀泄气口。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
一种车载高压储氢气瓶用一体式瓶阀，瓶内高压氢气首先通过内置式减压阀件将压力减至设定压力，然后减压后的氢气通过电磁阀进入供氢管路。
该电磁阀不必是高压电磁阀，一般只需在几个MPa甚至更低压力下能够开关的电磁阀就可以了。该电磁阀为一内置式电磁阀，由电磁线圈、定磁芯、弹簧以及单向阀组成。定磁芯一端装有弹簧，并置于电磁线圈内，定磁芯的另一端连接于单向阀，其原理结构设计如附图2所示。
所述的瓶内氢气的输出顺序，该一体式瓶阀的向外输气气道是独立的，不与一体式阀中的其它高压气道共用。
该安全阀是集成了过压释放功能和过温释放功能的双功能阀，安全阀由密封端子、弹簧、带有密封圈的圆柱、熔栓块以及螺栓组成，弹簧的一端套于密封端子的螺杆上，另一端压在带有密封圈的圆柱体上，圆柱体的另一端压在熔栓块上，熔栓块内至于螺栓内，其原理结构设计如附图3所示。
所述的内置式减压阀，该减压阀主要由阀体、阀芯、弹簧、压力调节螺母以及进气孔组成，弹簧套在阀芯上，弹簧的一端压在阀体的空腔内，另一端顶在压力调节螺母上，阀芯的一端顶在进气孔上，另一端与压力调节螺母相连，其原理结构设计如附图2所示。
以应用于燃料电池汽车的供氢系统为例，对本发明的实施方式进一步说明。一体式瓶阀的单向充气阀/充气口3直接连接车载供氢系统的授气口；手动截止阀泄气口11和安全阀泄气口12连接车载供氢系统的泄气管道；电磁阀及接口4直接与燃料电池供氢管路相连；压力传感器安装于压力传感器接口9；电磁阀引线7和温度传感器引线10及压力传感器引线与车载控制系统相连。
当向储氢瓶充气时，高压氢气经过充气口气道、充气单向阀3及阀体气道进入储氢瓶内直到达到预定加注压力，如果在意外情况下，加注压力超过储氢瓶最大工作压力时，安全阀1启动，过压氢气经过泄气口12和排放管道排放到大气中。加注过程中电磁阀激磁线圈断电，电磁阀4处于关闭状态。当需要储氢瓶组向外供气时，控制系统发送信号，电磁阀激磁线圈通电，电磁阀4打开，高压氢气经过减压阀5、低压气道、电磁阀4直接进入燃料电池供氢系统。充气和供气时，储氢瓶内的温度通过瓶阀内置传感器向控制系统输出信号，而储氢瓶内的压力则通过外接压力传感器向控制系统输出信号。在使用过程中，由于外界环境温度的上升而引起储氢瓶内气体压力超过最大工作压力时，安全阀1的过压释放装置启动，高压氢气经过泄气口12和排放管道排放到大气中，直到瓶内压力处于最大工作压力以下。当储氢瓶口温度达到一定值时(通常是因为燃烧引起的)，安全阀1的过温释放装置启动，高压氢气经过泄气口12和排放管道排放到大气中。当减压阀或电磁阀出现故障而导致瓶内气体无法向外供气时，旋开手动截止阀2，气体经泄气口11和排放管道排放到大气中。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1、一种车载高压储氢气瓶用一体式瓶阀，其特征在于：减压调节阀通过阀体接口、气道与电磁阀及接口相连，构成供气通道；充气单向阀与阀体接口及进气通道相连，构成充气通道；安全阀与阀体接口、泄气口以及连通气道相连，构成过压、过温安全泄气通道；手动截止阀与阀体接口、泄气口以及连通气道相连，构成应急手动放气通道；压力传感器与阀体接口、连通气道相连，形成压力在线检测通道；温度传感器通过接线柱与阀体气道相连，引线通过接线柱引出阀体，形成温度在线检测通道。
2、根据权利要求1所述的车载高压储氢气瓶用一体式瓶阀，其特征在于：所述的电磁阀为一内置式电磁阀，由电磁线圈、定磁芯、弹簧以及单向阀组成，定磁芯一端装有弹簧，并置于电磁线圈内，定磁芯的另一端连接于单向阀。
3、根据权利要求1所述的车载高压储氢气瓶用一体式瓶阀，其特征在于：该安全阀是集成了过压释放功能和过温释放功能的双功能阀，其由密封端子、弹簧、带有密封圈的圆柱、熔栓块以及螺栓组成，弹簧的一端套于密封端子的螺杆上，另一端压在带有密封圈的圆柱体上，圆柱体的另一端压在熔栓块上，熔栓块内至于螺栓内。
4、根据权利要求1所述的车载高压储氢气瓶用一体式瓶阀，其特征在于：瓶内高压氢气首先通过内置式减压阀件将压力减至设定压力，然后减压后的氢气通过电磁阀进入供氢管路。
5、根据权利要求1所述的车载高压储氢气瓶用一体式瓶阀，其特征在于：该一体式瓶阀的向外输气气道是独立的。
6、根据权利要求4所述的车载高压储氢气瓶用一体式瓶阀，其特征在于：所述的内置式减压阀，由阀体、阀芯、弹簧、压力调节螺母以及进气孔组成，弹簧套在阀芯上，弹簧的一端压在阀体的空腔内，另一端顶在压力调节螺母上，阀芯的一端顶在进气孔上，另一端与压力调节螺母相连。
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