CN108087602A - 一种集成减压阀 - Google Patents
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Abstract
一种集成减压阀，其包括：阀体、位于阀体外部的进口和出口，和位于阀体内部的减压系统，进口与氢燃料电池电动汽车的气源出口流体连通，出口与氢燃料电池电动汽车的下游电堆流体连通；且减压系统包括：位于进口和出口之间且流体顺序连通的第一级减压阀和第二级减压阀，且第一级减压阀的第一级轴线和第二级减压阀的第二级轴线相互垂直布置，其具有二级减压系统，保证出口压力的稳定，同时二级减压阀之间垂直布置，在进一步改善压力调节的同时，优化了主体结构尺寸，形成更为紧凑的结构。
Description
技术领域
本发明关于一种集成减压阀，尤其是用于燃料电池的供氢系统中的一种集成减压阀。
背景技术
随着汽车行业日益壮大，车辆品种越来越来多，其中电动汽车领域的发展尤为迅猛。作为电动汽车领域中的较为核心技术领域，采用氢气作为燃料电池的电动汽车逐渐成为一个主要的技术发展和市场拓展方向。
不同于传统能源汽车或者纯锂电池充电汽车，氢燃料电池电动汽车的供气系统连接具有一定压力的氢气气源和燃料电池的电堆系统，其具有较为复杂的结构、较高的安全要求的技术特点，因此现有技术的供气系统中采用多个零部件分离部件，其结构较为复杂、外形尺寸较大，另外调节的响应时间长，可靠性较低。
另外，技术发展还需要供气系统具有满足不同的输气量的动态稳定调节能力，还应满足不同车型对气源压力的多种要求。
发明内容
本发明的目的是：提供一种紧凑的减压阀，另外，其应具有稳定的减压效果，并进一步具有动态的自调节能力。
为实现上述技术目的，本发明提供一种集成减压阀，其包括：阀体、位于所述阀体外部的进口和出口，和位于所述阀体内部的减压系统，其中：所述进口与氢燃料电池电动汽车的气源出口流体连通，所述出口与所述氢燃料电池电动汽车的下游电堆流体连通；且所述减压系统包括：位于所述进口和所述出口之间且流体顺序连通的第一级减压阀和第二级减压阀，且所述第一级减压阀的第一级轴线和所述第二级减压阀的第二级轴线相互垂直布置。
作为进一步的改进，所述第一级减压阀的出口处的流体流向与所述第二级减压阀的入口处的流体流向相垂直。
作为进一步的改进，在所述第二级减压阀的入口的两侧，所述第二级减压阀分别具有：沿所述第二级轴线布置的第二级减压调节弹簧和第二级减压复位弹簧；和具有垂直所述第二级轴线的方向的承载面的第二级减压活塞和第二级密封阀芯；所述第二级减压活塞经所述第二级减压调节弹簧向所述第二级减压阀的出口偏置，所述第二级密封阀芯经所述第二级减压复位弹簧向所述第二级减压阀的入口偏置；且所述第二级减压活塞上布置有与所述第二级密封阀芯相抵靠的第二级减压阀杆。
作为进一步的改进，所述第二级减压阀还具有将其入口和出口相流体连通的第二级减压阀座，所述第二级减压阀杆穿过所述第二级减压阀座并相对其往复运动，所述第二级密封阀芯位于所述第二级减压阀座的入口侧并相对其往复运动，且当所述第二级减压阀的入口处的压力为零时，所述第二级密封阀芯与所述第二级减压阀座的入口侧之间具有最大通过间隙。当减压阀有流体通过时，即工作时，二者之间的间隙也是存在，流体自此间隙通过，当出口压力大于或等于锁闭压力时，间隙才会消失。因此该间隙为动态调节开度，形成对下游压力的平衡。
作为进一步的改进，沿所述第二级轴线，所述第二级减压复位弹簧、所述第二级密封阀芯、所述第二级减压阀的入口、所述第二级减压阀座、所述第二级减压阀杆、所述第二级减压阀的出口、所述第二级减压活塞和所述第二级减压调节弹簧顺序布置。
作为进一步的改进，所述第一级轴线的方向与所述进口处的流体流向相同，且所述第一级减压阀的入口和所述第一级减压阀的出口分别位于所述第一级轴线的两端；在所述进口处的内部布置有进口转接头，且在所述进口转接头和所述第一级减压阀的入口处之间布置有进口过滤器。
作为进一步的改进，所述第一级减压阀具有：沿所述第一级轴线的方向布置的第一级减压调节弹簧、第一减压阀座和具有垂直所述第一级轴线的方向的第一级减压面的第一级减压阀芯，且所述第一级减压阀芯经所述第一级减压调节弹簧偏置。
作为进一步的改进，所述阀体内部还具有与所述第二级减压阀的出口处的流体流向相垂直布置的出口通道。
作为进一步的改进，所述第二级减压阀的出口处位于所述出口通道的中部，且所述出口通道包括：与所述出口相流体连通的外段，在所述外段处的流体流向与所述出口处的流体流向相同；和与所述阀体的内部相流体连通的内段。
作为进一步的改进，所述外段处布置有压力传感器，在所述出口处的内部布置有出口转接头，且在所述出口转接头和所述外段之间布置有出口过滤器；所述内段中顺序连通布置有安全阀和手动截止阀，所述手动截止阀的出口与卸荷口相连通，所述安全阀的卸载口经所述手动截止阀的出口与所述卸荷口相连通，且所述卸荷口处外连接有卸荷口转接头。
本发明中的减压阀具有二级减压系统，保证出口压力的稳定，同时二级减压阀之间垂直布置，在进一步改善压力调节的同时，优化了主体结构尺寸，形成更为紧凑的结构。
同时，在优选的实施例中，第二级减压阀具有自适应的动态调节能力，输出压力稳定、动态可调节。
另外，通过调整两减压阀中弹簧和阀芯的参数，可获得更为广泛的调整能力，并能满足不同车型的调压需求。
附图说明
图1为本发明的剖面示意图；
图2为第一级减压阀的剖面示意图；和
图3为第二级减压阀的剖面示意图。
附图标记：阀体1，进口2，进口转接头21，进口过滤器22，出口3，出口转接头31，出口过滤器32，第一级减压阀4，第一级减压调节弹簧41，第一级减压阀芯42，第一减压阀座43，第二级减压阀5，第二级减压调节弹簧51，第二级减压复位弹簧52，第二级减压活塞53，第二级密封阀芯54，第二级减压阀杆55，第二级减压阀座56，出口通道6，压力传感器7，安全阀8，手动截止阀9，卸荷口转接头10。
具体实施方式
如图1至3所示，本发明提供一种集成减压阀，其包括：阀体1、位于所述阀体1外部的进口2和出口3，和位于所述阀体1内部的减压系统，其中：所述进口2与氢燃料电池电动汽车的气源出口流体连通，所述出口3与所述氢燃料电池电动汽车的下游电堆流体连通；且所述减压系统包括：位于所述进口2和所述出口3之间且流体顺序连通的第一级减压阀4和第二级减压阀5，且所述第一级减压阀4的第一级轴线和所述第二级减压阀5的第二级轴线相互垂直布置。
本发明中的减压阀具有二级减压系统，保证出口压力的稳定和准确，第一级为预减压，将气源的气体进行初步降压以为第二次减压作准备，因此，第一级减压阀的结构可采用较为简单的结构，降低成本，第二级减压实现对电堆的正式输出，再获得第一次减压的效果后，第二次减压将更为平稳、且最终输出更易调整。同时在结构上，两个减压阀之间采用垂直布置，使得二者在过渡过程中压力得到了调整，避免对电堆的直接冲击。其布局结构在进一步改善压力调节的同时，优化了主体结构尺寸，形成更为紧凑的结构。
作为进一步的改进，所述第一级减压阀4的出口处的流体流向与所述第二级减压阀5的入口处的流体流向相垂直。
作为进一步的改进，在所述第二级减压阀5的入口的两侧，所述第二级减压阀5分别具有：沿所述第二级轴线布置的第二级减压调节弹簧51和第二级减压复位弹簧52；和具有垂直所述第二级轴线的方向的承载面的第二级减压活塞53和第二级密封阀芯54；所述第二级减压活塞53经所述第二级减压调节弹簧51向所述第二级减压阀5的出口偏置，所述第二级密封阀芯54经所述第二级减压复位弹簧52向所述第二级减压阀5的入口偏置；且所述第二级减压活塞53上布置有与所述第二级密封阀芯54相抵靠的第二级减压阀杆55。
作为进一步的改进，所述第二级减压阀5还具有将其入口和出口相流体连通的第二级减压阀座56，所述第二级减压阀杆55穿过所述第二级减压阀座56并相对其往复运动，所述第二级密封阀芯54位于所述第二级减压阀座56的入口侧并相对其往复运动，且当所述第二级减压阀5的入口处的压力为零时，所述第二级密封阀芯54与所述第二级减压阀座56的入口侧之间具有最大通过间隙。
作为进一步的改进，沿所述第二级轴线，所述第二级减压复位弹簧52、所述第二级密封阀芯54、所述第二级减压阀5的入口、所述第二级减压阀座56、所述第二级减压阀杆55、所述第二级减压阀5的出口、所述第二级减压活塞53和所述第二级减压调节弹簧51顺序布置。
在优选的实施例中，第二级减压阀具有自适应的动态调节能力，输出压力稳定、动态可调节。
如图3所示，其中箭头方向为流体的通过示意方向。当所述第二级减压阀座56的入口处无压力时，调节弹簧力比复位弹簧力大，阀芯与阀座分离，二者之间存在通过间隙，以供流体直通。
当有流体(例如气体)进入后，出口压力作用在所述第二级减压活塞53上，以产生一个向下的压力。当压力大于调节弹簧与复位弹簧的弹簧力合力时，所述第二级减压活塞53带动所述第二级减压阀杆55向下运动，同时所述第二级密封阀芯54也向下运动，所述第二级密封阀芯54与阀座之间的开度减少，上游气体经两缝隙产生的节流增大，下游的压力也会降低，进而导致压力降低。当压力和两组弹簧力合力达到平衡时，所述第二级密封阀芯54将处于受力平衡状态，此时下游压力为二级减压阀的输出压力。
当下游锁闭，下游压力上升，气压力增大，所述第二级密封阀芯54继续向下运动。当所述第二级密封阀芯54与第二级减压阀座56接触后，所述第二级密封阀芯54通过复位弹簧的弹簧力与第二级减压阀座56的密封面紧密贴合，达到密封的效果。而此次下游压力不再上升，气压力与调节弹簧力平衡。此时的下游压力称之为锁闭压力。
作为进一步的改进，所述第一级轴线的方向与所述进口2处的流体流向相同，且所述第一级减压阀4的入口和所述第一级减压阀4的出口分别位于所述第一级轴线的两端；在所述进口2处的内部布置有进口转接头21，且在所述进口转接头21和所述第一级减压阀4的入口处之间布置有进口过滤器22。
作为进一步的改进，所述第一级减压阀4具有：沿所述第一级轴线的方向布置的第一级减压调节弹簧41、第一减压阀座43和具有垂直所述第一级轴线的方向的第一级减压面的第一级减压阀芯42，且所述第一级减压阀芯42经所述第一级减压调节弹簧41偏置。
作为进一步的改进，所述阀体1内部还具有与所述第二级减压阀5的出口处的流体流向相垂直布置的出口通道6。
作为进一步的改进，所述第二级减压阀的5出口处位于所述出口通道6的中部，且所述出口通道6包括：与所述出口3相流体连通的外段，在所述外段处的流体流向与所述出口3处的流体流向相同；和与所述阀体1的内部相流体连通的内段。
作为进一步的改进，所述外段处布置有压力传感器7，在所述出口3处的内部布置有出口转接头31，且在所述出口转接头31和所述外段之间布置有出口过滤器32；所述内段中顺序连通布置有安全阀8和手动截止阀9，所述手动截止阀9的出口与卸荷口相连通，所述安全阀8的卸载口经所述手动截止阀9的出口与所述卸荷口相连通，且所述卸荷口处外连接有卸荷口转接头10。
经安全阀卸载的流体将直接通过手动截止阀9的出口与所述卸荷口相连通，并由卸荷口排出并被收集。因此经安全阀卸载的流体和手动截止阀主动排出的流体将被统一排出回收，避免造成车辆内部的污染，同时在安全阀卸载时也无需手动操作截止阀，保证了安全阀的可靠工作。手动截止阀的关闭与否均不影响安全阀的正常卸载。
在本发明的实施例中，可通过调整两减压阀中弹簧和阀芯(例如，截面积)的参数，可获得更为广泛的调整能力，以及可多种外形尺寸、并能满足不同车型的调压需求。由于采用多级减压和动态的负反馈控制减压(第二级减压)，使得系统减压能力更稳定，压力调节更可靠，即使气源压力较低时，仍能保证稳定的输出，全流量范围输出稳定。二级减压稳定性与一级相比，表现在同样的输入压力范围，输出压力变化范围更小。其进口压力范围可在2-70MPa，供氢能力可满足120KW功率以下电堆的供气要求，其出口压力范围0.6-1.0±0.02MPa，并可针对多种车型的需求进行调整。
本发明实施例中的进出口均设置了过滤器，使得系统抗污染能力增强。
同时本发明具有高度集成的结构，集减压阀、安全阀、过滤器、维修排气阀、压力传感器等功能于一单个阀体，大幅减少系统管路，简化系统结构，减少系统的漏点，减少系统结构空间，提高气体(氢气)供气系统的装配效率。
应了解本发明所要保护的范围不限于非限制性实施方案，应了解非限制性实施方案仅仅作为实例进行说明。本申请所要要求的实质的保护范围更体现于独立权利要求提供的范围，以及其从属权利要求。
Claims (10)
1.一种集成减压阀，其包括：阀体(1)、位于所述阀体(1)外部的进口(2)和出口(3)，和位于所述阀体(1)内部的减压系统，其特征在于：
所述进口(2)与氢燃料电池电动汽车的气源出口流体连通，所述出口(3)与所述氢燃料电池电动汽车的下游电堆流体连通；且
所述减压系统包括：位于所述进口(2)和所述出口(3)之间且流体顺序连通的第一级减压阀(4)和第二级减压阀(5)，且所述第一级减压阀(4)的第一级轴线和所述第二级减压阀(5)的第二级轴线相互垂直布置。
2.如权利要求1所述的一种集成减压阀，其特征在于：所述第一级减压阀(4)的出口处的流体流向与所述第二级减压阀(5)的入口处的流体流向相垂直。
3.如权利要求2所述的一种集成减压阀，其特征在于：
在所述第二级减压阀(5)的入口的两侧，所述第二级减压阀(5)分别具有：沿所述第二级轴线布置的第二级减压调节弹簧(51)和第二级减压复位弹簧(52)；和具有垂直所述第二级轴线的方向的承载面的第二级减压活塞(53)和第二级密封阀芯(54)；
所述第二级减压活塞(53)经所述第二级减压调节弹簧(51)向所述第二级减压阀(5)的出口偏置，所述第二级密封阀芯(54)经所述第二级减压复位弹簧(52)向所述第二级减压阀(5)的入口偏置；且
所述第二级减压活塞(53)上布置有与所述第二级密封阀芯(54)相抵靠的第二级减压阀杆(55)。
4.如权利要求3所述的一种集成减压阀，其特征在于：所述第二级减压阀(5)还具有将其入口和出口相流体连通的第二级减压阀座(56)，所述第二级减压阀杆(55)穿过所述第二级减压阀座(56)并相对其往复运动，所述第二级密封阀芯(54)位于所述第二级减压阀座(56)的入口侧并相对其往复运动，且当所述第二级减压阀(5)的入口处的压力为零时，所述第二级密封阀芯(54)与所述第二级减压阀座(56)的入口侧之间具有最大通过间隙。
5.如权利要求4所述的一种集成减压阀，其特征在于：沿所述第二级轴线，所述第二级减压复位弹簧(52)、所述第二级密封阀芯(54)、所述第二级减压阀(5)的入口、所述第二级减压阀座(56)、所述第二级减压阀杆(55)、所述第二级减压阀(5)的出口、所述第二级减压活塞(53)和所述第二级减压调节弹簧(51)顺序布置。
6.如权利要求1所述的一种集成减压阀，其特征在于：
所述第一级轴线的方向与所述进口(2)处的流体流向相同，且所述第一级减压阀(4)的入口和所述第一级减压阀(4)的出口分别位于所述第一级轴线的两端；
在所述进口(2)处的内部布置有进口转接头(21)，且在所述进口转接头(21)和所述第一级减压阀(4)的入口处之间布置有进口过滤器(22)。
7.如权利要求6所述的一种集成减压阀，其特征在于：所述第一级减压阀(4)具有：沿所述第一级轴线的方向布置的第一级减压调节弹簧(41)、第一减压阀座(43)和具有垂直所述第一级轴线的方向的第一级减压面的第一级减压阀芯(42)，且所述第一级减压阀芯(42)经所述第一级减压调节弹簧(41)偏置。
8.如权利要求1所述的一种集成减压阀，其特征在于：所述阀体(1)内部还具有与所述第二级减压阀(5)的出口处的流体流向相垂直布置的出口通道(6)。
9.如权利要求8所述的一种集成减压阀，其特征在于：所述第二级减压阀的(5)出口处位于所述出口通道(6)的中部，且所述出口通道(6)包括：与所述出口(3)相流体连通的外段，在所述外段处的流体流向与所述出口(3)处的流体流向相同；和与所述阀体(1)的内部相流体连通的内段。
10.如权利要求9所述的一种集成减压阀，其特征在于：
所述外段处布置有压力传感器(7)，在所述出口(3)处的内部布置有出口转接头(31)，且在所述出口转接头(31)和所述外段之间布置有出口过滤器(32)；
所述内段中顺序连通布置有安全阀(8)和手动截止阀(9)，所述手动截止阀(9)的出口与卸荷口相连通，所述安全阀(8)的卸载口经所述手动截止阀(9)的出口与所述卸荷口相连通，且所述卸荷口处外连接有卸荷口转接头(10)。
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