CN102374346B - 用于氢应用的高压配件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于氢应用的高压配件。具体地，提供了一种高压氢配件。在一个实施例中，高压氢配件包括：管，该管在一端附近具有凸缘；螺母，该螺母在凸缘的低压侧上围绕所述管，且所述螺母具有与阀体上的螺纹相配合的螺纹；唇形密封件，所述唇形密封件在所述凸缘的高压侧上围绕所述管，所述凸缘支撑所述唇形密封件，所述唇形密封件指向阀体，所述唇形密封件具有柱形密封表面，所述柱形密封表面接合所述阀体，其中，当包含有氢的所述管连接至阀体时，在高至大约87.5MPa的压力中保持密封。还描述了将管密封至阀体的方法。

Description

用于氢应用的高压配件
技术领域
本发明一般涉及高压管，尤其涉及将管连接到阀体的配件。
背景技术
配件将管连接到本体,例如阀组件。该配件还作为密封件，使得管/本体内的材料不会散逸到周围环境中。
氢存储系统正被开发用于汽车应用。这些存储系统具有一些重要的密封要求，由于氢分子的微小尺寸，这些要求是具有挑战性的。配件必须在高压条件下（例如高达大约875巴（87.5 MPa））的条件下工作。配件还必须在低温下（例如低至大约-40℃）下工作，以及在高至大约85℃的温度下使用。由于所述配件将被安装于车体之下，所以它将被暴露给腐蚀性材料。另外，所述配件还应当能被数次打开和关闭。当管和阀体是由不同材料制成时，例如，管由不锈钢制成而阀体由铝制成时，所述配件也应当能够工作。
WO 2009/100898 A1中描述了一种类型的用于阀组件的配件。具有阀体10。管15与阀体10连接。密封壳体20通过焊接部25连接至管15。密封壳体20围绕管15形成凸缘，所述凸缘支撑密封件42。螺母30装配到阀体10中。螺母30在凸缘的低压侧上。螺母30和密封壳体20之间设有保持垫圈35。位于阀体10和密封壳体20之间的密封件42是由聚醚醚酮（PEEK）制成的实心环提供。低温应用时，主要由合成橡胶制成的密封件并不适合，因为它们会变硬且变脆，因此必须使用塑性材料例如PEEK。然而，塑性材料的弹力有限，导致在低于-40℃的温度下存在增加泄漏的危险。另外，由于本体处的接触区是锥形的，所以使得难以保持紧密的公差。
因此，需要具有这样的配件，所述配件对氢提供了良好的密封，包括低温时。
发明内容
本发明满足了该需求。本发明的一个方面涉及一种高压氢配件。在一个实施例中，高压氢配件包括：管，所述管在一端附近具有凸缘；螺母，所述螺母在所述凸缘的低压侧上围绕所述管，所述螺母具有与阀体上的螺纹相配合的螺纹；唇形密封件，所述唇形密封件在所述凸缘的高压侧上围绕所述管，所述凸缘支撑所述唇形密封件，所述唇形密封件指向阀体，所述唇形密封件具有柱形密封表面，所述柱形密封表面接合所述阀体；其中，当包含有氢的管连接至阀体时，在高达大约87.5 MPa的压力下保持密封。
本发明的另一方面涉及一种将管密封至阀体的方法。在一个实施例中，所述方法包括：提供管，所述管在一端附近具有凸缘；螺母，所述螺母在所述凸缘的低压侧上围绕所述管，所述螺母具有与阀体上的螺纹相配合的螺纹；以及唇形密封件，所述唇形密封件在所述凸缘的高压侧上围绕所述管，所述凸缘支撑所述唇形密封件，所述唇形密封件指向阀体，所述唇形密封件具有柱形密封表面；以及将所述管插入到所述阀体内，并且使所述螺母上的螺纹与所述阀体上的螺纹配合，所述柱形密封表面接合所述阀体以形成密封，所述密封能够承受高至大约87.5 MPa的压力并且没有氢泄漏出。
本发明还包括以下方案：
方案1. 一种高压氢配件，包括：
管，所述管在一端附近具有凸缘；
螺母，所述螺母在所述凸缘的低压侧上围绕所述管，所述螺母具有与阀体上的螺纹相配合的螺纹；
唇形密封件，所述唇形密封件在所述凸缘的高压侧上围绕所述管，所述凸缘支撑所述唇形密封件，所述唇形密封件指向所述阀体，所述唇形密封件具有柱形密封表面，所述柱形密封表面接合所述阀体；
其中，当包含有氢的所述管连接至阀体时，在高至大约87.5 MPa的压力下保持密封。
方案2. 根据方案1所述的高压氢配件，其中，所述唇形密封件具有唇形密封部和基部，所述唇形密封部具有第一柱形密封表面，所述基部具有第二柱形密封表面。
方案3. 根据方案1所述的高压氢配件，其中，所述凸缘的周界大体上与所述唇形密封件的周界相同。
方案4. 根据方案1所述的高压氢配件，其中，所述凸缘的周界大于所述唇形密封件的周界，且其中所述凸缘的一部分接合所述阀体。
方案5. 根据方案1所述的高压氢配件，其中，所述凸缘由所述管形成。
方案6. 根据方案1所述的高压氢配件，其中，所述凸缘附接至所述管。
方案7. 根据方案6所述的高压氢配件，其中，所述凸缘焊接至所述管。
方案8. 根据方案1所述的高压氢配件，其中，所述唇形密封件由塑料制成。
方案9. 根据方案8所述的高压氢配件，其中，所述塑料为聚四氟乙烯或超高分子量聚乙烯。
方案10. 根据方案1所述的高压氢配件，进一步包括在所述螺母的螺纹的外边沿处的腐蚀保护密封件。
方案11. 根据方案10所述的高压氢配件，其中，所述腐蚀保护密封件由硅树脂制成。
方案12. 根据方案1所述的高压氢配件，其中，所述阀体包括通气孔，还包括在所述通气孔中的保护塞。
方案13. 根据方案12所述的高压氢配件，其中，所述保护塞由硅树脂制成。
方案14. 一种将管密封至阀体的方法，所述管传送氢，所述方法包括：
提供：管，所述管在一端附近具有凸缘；螺母，所述螺母在所述凸缘的低压侧上围绕所述管，所述螺母具有与所述阀体的螺纹相配合的螺纹；以及唇形密封件，所述唇形密封件在所述凸缘的高压侧上围绕所述管，所述凸缘支撑所述唇形密封件，所述唇形密封件指向所述阀体，所述唇形密封件具有柱形密封表面；以及
将所述管插入到所述阀体内，并且使所述螺母上的螺纹与所述阀体上的螺纹配合，所述柱形密封表面接合所述阀体以形成密封，所述密封能够承受高至大约87.5 MPa的压力且无氢泄漏出。
方案15. 根据方案14所述的方法，其中，所述唇形密封件具有唇形密封部和基部，所述唇形密封部具有第一柱形密封表面，所述基部具有第二柱形密封表面。
方案16. 根据方案14所述的方法，其中，所述唇形密封件由塑料制成。
方案17. 根据方案16所述的方法，其中，所述塑料为聚四氟乙烯或超高分子量聚乙烯。
方案18. 根据方案14所述的方法，进一步包括在所述螺母的螺纹的外边沿处插入腐蚀保护密封件。
方案19. 根据方案18所述的方法，其中，所述腐蚀保护密封件由硅树脂制成。
方案20. 根据方案14所述的方法，其中，所述阀体包括通气孔，所述方法还包括在所述通气孔中插入保护塞。
方案21. 根据方案20所述的方法，其中，所述保护塞由硅树脂制成。
附图说明
图1是现有技术的氢配件的一个实施例的示意图；
图2A-C为根据本发明各个实施例的配件的示意图；
图3是氢配件的另一个实施例的示意图；
图4A-B是根据本发明各个实施例的配件的示意图。
具体实施方式
如图2A-C中所示，示出了带有管115的阀体110，管115将连接到阀体110。密封壳体120a通过焊接部125附接至管115。密封壳体形成围绕管的凸缘，所述凸缘用于支撑如下面描述的密封件。螺母130插入到阀体中，且在凸缘的低压侧上。螺母130和密封壳体120之间设有保持垫圈135。一旦螺母被安置好，则该保持垫圈有助于阻止螺母转动。
位于阀体110和密封壳体120之间的密封件由弹簧赋能的唇形密封件140a提供。弹簧赋能的唇形密封件140a具有柱形密封表面。在柱形密封表面上保持紧密公差比在锥形密封表面上保持紧密公差更加容易。
在本实施例中，弹簧赋能的唇形密封件具有唇形密封部和基部。然而，也可以按照具体的应用采用其他的唇形密封件布置。
该唇形密封部指向阀体。唇形密封部和基部都具有柱形密封表面。
弹簧赋能的唇形密封件140a由塑性材料制成。塑料的选择将依赖于具体的应用。塑料应当在期望的温度范围上工作而不会变太硬，且该塑料应当足够柔性以在工作温度下进行密封。合适的塑性材料包括但不限于：聚四氟乙烯（PTFE）和超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）。弹性（或弹力）则由单独的弹簧提供。
唇形密封件的不同密封原理影响密封所需的扭矩。如WO2009/100898所述，如果配件螺纹处的扭矩高，则铝制螺纹可能会被损坏，或者配件可被拧紧的次数会非常有限。然而，通过唇形密封件，所述扭矩可相对较低，这样就提高了耐久性。
图2A中所示的唇形密封件140a不同于图2B中的唇形密封件140b，这是因为唇形密封件140a的基部比唇形密封件140b的基座部140宽。图2A中的密封壳体120a止于唇形密封件140a处，而图2B中的密封壳体120b止于阀体110处。如图2B中所示，凸缘的一部分接合阀体的表面，而图2A中，凸缘没有接合阀体的表面。
另外可任选的特征涉及到用于配件的腐蚀保护。例如，当阀体由铝制成且管由不锈钢制成时，可能需要腐蚀保护。腐蚀保护密封件150可被增加在配件的外端（在螺纹的远离密封壳体和保持垫圈的相对端）。腐蚀保护密封件150被设计成防止腐蚀性物质进入到配件的螺纹结合区。
腐蚀保护密封件150的存在使得唇形密封件140a（装置的主要密封件）和腐蚀保护密封件150之间产生了容积。如果氢长时间处在高压下，则在所有密封件中都存在的、很微小的渗透将会使该容积处在高压下。这可能会爆裂（或吹出（blow out））腐蚀保护密封件。另一方面，如果压力迅速减小，则唇形密封件将被施力以向内移动。由于这些问题，所以现有技术的建议是不要成一排地使用两个密封件。然而，这样就排除了使用腐蚀保护所用的密封件。
然而，具有特定属性的材料可被用于腐蚀保护密封件。该材料应该在一个宽广的温度范围（例如大约-40℃到大约85℃，或者达到大约-80℃到大约85℃）上工作，防渗水，而可渗透氢。当该材料满足这些条件时，在密封件之间将不会形成高压。一个合适材料的例子是硅树脂。硅树脂具有宽广的工作温度范围，防渗水并且可渗透氢。
图2A-2C示出两种不同类型的腐蚀保护密封件。在图2A-B中，使用了O型圈150a，然而在图2C中，则使用了扁平密封件。本领域内普通技术人员熟知的具有其他形状的密封件也是可以被使用的。
如果阀体110包括通气口145，则该开口也应当被密封以免腐蚀。可以使用塞155。塞应由满足上述关于腐蚀保护密封件的标准的材料制成，例如硅树脂。
期望地，配件可在下面的温度范围内工作：大约-40℃到大约85℃的温度范围内，或大约-50℃至大约85℃，或大约-60℃至大约85℃，或大约-70℃至大约85℃，或大约-80℃至大约85℃。
配件的可选实施例显示在图3中。阀体210接纳管215。管的一端膨胀成型，其在该端附近形成凸缘260。在管/凸缘215/260和阀体210之间设有O型圈密封件242。对于大量生产而言，管容易成型且便宜。密封件完全去除了气流。部件数目减少，且密封件可容易替换。可任选地，在本实施例中如果需要，也可以使用保持垫圈。
图4A-B示出了在图3的实施例中对唇形密封件240和保护密封件250的使用。在图4A中，凸缘260止于唇形密封件240处，而在图4B中凸缘260止于阀体处。唇形密封件240a的基部（图4A）比唇形密封件240b（图4B）的基部大。
值得注意的是，例如“优选地”、“一般地”、“典型地”之类的术语在此并不用来限制要求保护的本发明的范围或暗示某些特征是关键的、必要的、或者甚至在要求保护的本发明的结构或功能中是重要的。而是，这些术语仅仅用于强调在本发明的具体实施例中可能使用或可能不使用的可选的或附加的特征。
为了描述和限定本发明的目的，要注意的是，术语“装置”在此被用来表示部件的组合和单独的部件，而不管部件是否与其他部件组合。例如，根据本发明实施例的“装置”可包括电化学转化组件或燃料电池，结合有根据本发明的电化学转化组件的车辆，等。
为了描述和限定本发明的目的，要注意的是，术语“大体上（或大致上）”于此用来表示可作为任何数量比较、数值、测量或其他表现形式的属性的固有不确定性程度。术语“大致地”还被用来表示数量表示可以从所陈述的参考值（或基准值）进行变化而没有导致所讨论主题的基本功能发生改变的程度。
已经参考本发明的具体实施例详细描述了本发明，明显的是，不背离由所附权利要求限定的本发明范围的修改和变化是可能的。更具体地，虽然本发明的一些方面在此被确定为优选的或者特别有利的，但是可设想的是本发明并不必然限定于这些本发明的优选方面。

Claims (16)

1.一种高压氢配件，包括：
管，所述管具有通过焊接部附接在一端附近的密封壳体，所述密封壳体形成围绕所述管的凸缘；
螺母，所述螺母在所述凸缘的低压侧上围绕所述管，所述螺母具有与阀体上的螺纹相配合的螺纹；
唇形密封件，所述唇形密封件在所述凸缘的高压侧上围绕所述管，所述凸缘支撑所述唇形密封件，所述唇形密封件包括：1) 唇形密封部，所述唇形密封部指向所述阀体并且具有第一柱形密封表面；以及，2) 基部，所述基部具有第二柱形密封表面，所述第一柱形密封表面和所述第二柱形密封表面都接合所述阀体；
其中，当包含有氢的所述管连接至阀体时，在高至大约87.5 MPa的压力下保持密封。
2.根据权利要求1所述的高压氢配件，其中，所述凸缘的周界大体上与所述唇形密封件的周界相同。
3.根据权利要求1所述的高压氢配件，其中，所述凸缘的周界大于所述唇形密封件的周界，且其中所述凸缘的一部分接合所述阀体。
4.根据权利要求1所述的高压氢配件，其中，所述唇形密封件由塑料制成。
5.根据权利要求4所述的高压氢配件，其中，所述塑料为聚四氟乙烯或超高分子量聚乙烯。
6.根据权利要求1所述的高压氢配件，进一步包括在所述螺母的螺纹的外边沿处的腐蚀保护密封件。
7.根据权利要求6所述的高压氢配件，其中，所述腐蚀保护密封件由硅树脂制成。
8.根据权利要求1所述的高压氢配件，其中，所述阀体包括通气孔，还包括在所述通气孔中的保护塞。
9.根据权利要求8所述的高压氢配件，其中，所述保护塞由硅树脂制成。
10.一种将管密封至阀体的方法，所述管传送氢，所述方法包括：
提供：管，所述管具有通过焊接部附接在一端附近的密封壳体，所述密封壳体形成围绕所述管的凸缘；螺母，所述螺母在所述凸缘的低压侧上围绕所述管，所述螺母具有与所述阀体的螺纹相配合的螺纹；以及唇形密封件，所述唇形密封件在所述凸缘的高压侧上围绕所述管，所述凸缘支撑所述唇形密封件，所述唇形密封件包括：1) 唇形密封部，所述唇形密封部指向所述阀体并且具有第一柱形密封表面；以及，2) 基部，所述基部具有第二柱形密封表面；以及
将所述管插入到所述阀体内，并且使所述螺母上的螺纹与所述阀体上的螺纹配合，所述第一柱形密封表面和所述第二柱形密封表面都接合所述阀体以形成密封，所述密封能够承受高至大约87.5 MPa的压力且无氢泄漏出。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述唇形密封件由塑料制成。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述塑料为聚四氟乙烯或超高分子量聚乙烯。
13.根据权利要求10所述的方法，进一步包括在所述螺母的螺纹的外边沿处插入腐蚀保护密封件。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述腐蚀保护密封件由硅树脂制成。
15.根据权利要求10所述的方法，其中，所述阀体包括通气孔，所述方法还包括在所述通气孔中插入保护塞。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述保护塞由硅树脂制成。
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