CN108343773A - 包括能独立移动的先导柱塞头的电磁阀 - Google Patents

Abstract

一种电磁阀，包括：主座，包括孔，这样使得气体通过主座的孔流入电磁阀中；主柱塞，与主座接触；先导柱塞，设置在电磁阀内的主柱塞的顶面，并在先导柱塞内包括空心部分；以及能独立移动的先导柱塞头，设置在先导柱塞内的一侧，并且具有与主柱塞接触的顶端。先导柱塞能够在阀内移动，先导柱塞头能够在先导柱塞的空心部分内移动，并且先导柱塞头和先导柱塞彼此单独地移动。

Description

包括能独立移动的先导柱塞头的电磁阀

技术领域

本公开涉及一种可在交通工具(在交通工具中可安装燃料电池系统)的氢气储存系统中提供的电磁阀的结构。更具体地，本公开涉及一种包括主柱塞和先导柱塞(pilotplunger)的电磁阀(solenoid valve，螺线管阀)，其中，可在先导柱塞的一端设置的先导柱塞头与先导柱塞能独立地移动。

背景技术

通常，燃料电池交通工具的氢气储存系统包括用于填充氢气的加燃料口、电磁阀、氢气罐、压力调节器，以及连接以上部件的高压管。

在设置于燃料储存系统(即，氢气储存系统)中的高压容器(氢气容器)中储存大约700巴的高压压缩氢气，并且将所储存的压缩氢气按照安装在氢气容器的入口部分的高压电磁阀的开/关而排出到高压管线，然后在通过压力调节器和氢气供给阀以供应到燃料电池组的同时进行减压。

将描述用高压氢气给燃料电池交通工具加燃料的部分的构造。与氢气站的加燃料喷嘴耦接的交通工具的部分是氢气加燃料口(或加燃料插座)，并且所加注的氢气通过阀被填充在高压容器中，该阀通过高压管道耦接到高压容器(或氢气罐)。

同时，使用螺线管的阀可用作适用于燃料电池交通工具的氢气储存系统的阀。通常，电磁阀通过使用电磁原理打开或关闭阀，并且具体地，电磁阀可传递在预定方向上产生的物理力以打开或关闭缸体和柱塞之间的孔。阀可根据孔的打开或关闭来控制流体的流动，并且可广泛地在各种工业领域中使用，例如在电气装置、电子装置和机械装置中使用。

然而，高压气体可根据柱塞在电磁阀内的上升或下降而流入阀中，并且在此情况中，高压气体的压力可能直接撞击柱塞头部分，导致柱塞头在一些情况中受损。

特别地，当在电磁阀可位于其中的流路中同时供应和加注高压气体时，通过所加注的气体的压力而使柱塞头受损的可能性可明显增加。因此，需要这样一种电磁阀的结构，其能够防止高压气体的高压使柱塞头受损。

在背景技术部分中公开的以上信息仅是为了增强对本发明的背景的理解，因此，其可包含不形成在本国对于本领域普通技术人员来说已知的相关技术的信息。

发明内容

本公开已经致力于解决与相关技术相关联的上述问题。

因此，本公开提供一种电磁阀的结构，该结构可在燃料电池系统的氢气储存系统中设置并包括能独立移动的先导柱塞头，在该结构中提供主柱塞和先导柱塞，并且先导柱塞的头可相对于先导柱塞在先导柱塞的内部空间中独立地移动，即使对柱塞头施加高压(例如加燃料压力)，也可能防止柱塞头受损。

根据本公开的一个方面，设置于从高压容器延伸的流路中以打开或关闭流路的电磁阀包括：主座，其包括孔，气体通过该孔流入阀中；主柱塞，其与主座接触；先导柱塞，其设置在阀内的主柱塞的顶面，并在先导柱塞内包括空心部分；以及能独立移动的先导柱塞头，其设置在先导柱塞内，具有与主柱塞接触的顶端(apex，尖端)。先导柱塞可在阀内移动，先导柱塞头可在先导柱塞的空心部分内移动，并且先导柱塞头和先导柱塞彼此单独地(separately，分别地)移动。

电磁阀可进一步包括形成于主柱塞与先导柱塞接触相接触的表面上的凸起。

凸起可由金属形成。

电磁阀可进一步包括弹簧，其附接至先导柱塞头的一侧并设置于空心部分内。

电磁阀可进一步包括弹簧引导件，其设置于空心部分内以容纳弹簧。

电磁阀可进一步包括摩擦件，其设置于弹簧与先导柱塞的内周面之间。

电磁阀可进一步包括：电磁阀引导件，其包围电磁阀的外周面；以及固定金属销，其与电磁阀引导件的一端接触，其中主座与电磁阀引导件的另一端接触。

先导柱塞和主柱塞可设置在电磁阀引导件内，并且可在固定金属销与主座之间移动。

电磁阀可进一步包括弹簧，其附接至先导柱塞头的一侧，并且设置于空心部分内，其中弹簧的一侧可与先导柱塞头接触，并且弹簧的另一侧可与固定金属销接触。

电磁阀可进一步包括摩擦件，其形成为调节主柱塞在主柱塞和电磁阀引导件之间的运动。

先导柱塞头可由塑料或橡胶材料形成。

电磁阀可在一系统中提供，该系统中的高压容器的加料流路(charging flowpath)和供应流路(supply flow path)是相同的。

主柱塞可进一步包括通过主柱塞的中心的流路，并且流路的一端可与主座的孔连接，流路的另一端可与先导柱塞头紧密接触或者可与先导柱塞头分离。

通过上述的技术方案，本公开提供以下效果。

根据本公开，当在燃料电池系统的氢气储存系统中加燃料(例如氢气)时，能够通过高加料压力的力矩应用或加料流量的快速流入来分配或减小应用于电磁阀的冲击量。

因此，能够缓解施加至电磁阀的先导柱塞头的冲击，并且防止电磁阀的先导柱塞头受损，从而节省了替换部件所需的成本和过程。

在下文中讨论本发明的其他方面和实施例。

应理解，术语“交通工具”或“交通工具的”或者如本文中使用的其他类似术语包括一般的机动交通工具，例如包括运动型多用途车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车在内的客运汽车；包括多种小船和轮船的水运工具；飞机，等等，并且包括混合动力交通工具、电动交通工具、插电式混合动力电动交通工具、氢动力交通工具及其他替代燃料交通工具(例如，来自除了石油以外的资源的燃料)。如本文中提到的，混合动力交通工具是一种具有两种或更多种动力源的交通工具，例如汽油动力的和电动动力两者驱动的交通工具。

在下文中讨论本发明的以上特征及其他特征。

附图说明

现在将参考在附图中示出的本公开的某些示例性实施例详细地描述本公开的以上特征及其他特征，下面仅通过例证在本文中给出了这些附图，因此并不限制本公开，其中：

图1是示出了示例性实施例的构造之间的连接关系的图示，其中，气体储存系统的加料管线和供应管线在燃料电池系统中是可分离的；

图2是示出了作为另一示例性实施例的情况中的构造之间的连接关系的图示，其中，气体储存系统的加料管线和供应管线在燃料电池系统中是相同的；

图3是根据本公开的一个示例性实施例的包括能独立移动的先导柱塞头的电磁阀的剖视图；并且

图4是示出了根据本公开的一个示例性实施例的根据所加气体的压力的施加的每个构造的可移动方向的图示。

应理解，附图并非必须按比例绘制，提供说明本发明的基本原理的各种特征的稍微简化的表现。如本文中公开的本公开的具体设计特征，包括，例如，具体的尺寸、方向、位置和形状，将部分地由具体目的的应用和使用环境来决定。

在这些图中，贯穿附图的若干张图，同样的参考标号指的是本公开的相同或等价的部件。

具体实施方式

现在将在下文中详细地参考本公开的各种实施例，在附图中示出了这些实施例的实例并在下面进行描述。虽然将结合示例性实施例描述了本发明，但是应理解，本描述并非旨在将本发明限制于那些示例性实施例。相反，本发明的目的是不仅覆盖示例性实施例，而且覆盖各种替代、修改、等价物及其他实施例，这些替代、修改、等价物及其他实施例可包含在如由所附权利要求书定义的本发明的实质和范围内。

在下文中，将参考附图更详细地描述本公开的一个示例性实施例。本公开的示例性实施例可修改为多种形式，并且本公开的范围不解释为限制于下面描述的示例性实施例。提供本示例性实施例以对本领域技术人员更完整地说明本公开内容。

在说明书中描述的术语“…部分”、“…单元”、“…模块”等表示用于处理至少一个功能和操作的单元，并且可由硬件部件或软件部件及其组合来执行。进一步，在说明书中描述的诸如“一侧、另一侧、一端和另一端”的表达方式用于清楚地指示对应构造的预定点，并且可用作没有词语区别的类似含义。

安装在交通工具中的氢气储存系统可包括：加燃料口，通过加燃料口执行加氢气过程；加燃料部件，其包括通信发射器；高压容器，其用于安全地储存氢气；储存单元，其包括阀；减压部件，其主要调节高压氢气的压力；控制单元，其处理温度的信号；以及压力传感器，其包含在氢气储存系统中并控制设置于系统中的多个阀的打开/关闭，等等。

本公开中的电磁阀(在下文中，在本说明书中提到的“阀”可表示电磁阀)可用电磁力驱动，并且可以是常闭(NC)类型的阀。进一步，本公开中的电磁阀可通过电磁力控制流体在用电磁阀提供的流路的一个点处的流动。

图1和图2是示出了采用根据本公开的一个示例性实施例的电磁阀的氢气储存系统的连接关系的图示。图1是示出了这样的情况中的燃料电池系统的构造之间的连接关系的图示，其中，使可加到高压容器中的气体的加燃料管线和可从高压容器的内侧排出气体的供应管线在高压容器中是分离的。根据图1，沿着填充流路加注的高压气体穿过手动阀并遇到分支点，在分支点处，可使一些高压气体分支到可设置于供应流路中的阀。因此，可对阀的柱塞头位于其中的区域施加加注的高压气体的压力。

图2是示出了这样的情况中的氢气储存系统的构造之间的连接关系的图示，其中，可加到高压容器中的气体的填充管线和可从高压容器的内侧排出气体的供应管线由高压容器中的相同管线形成。根据图2，由于加燃料流路与供应流路相同，所以加注的高压气体不可避免地穿过可设置于流路中的一点处的电磁阀，相应地，与图1类似，可对阀的柱塞头位于其中的区域施加加注的高压气体的压力。

因此，可将根据本公开的电磁阀应用于图1和图2的情况，即，燃料电池系统的加燃料管线与供应管线分离的情况，及燃料电池系统的加燃料管线与供应管线整合的情况。

在下文中，将参考图3详细地描述根据本公开的一个示例性实施例的包括能独立移动的先导柱塞头400的电磁阀的结构。

图3是根据本公开的一个示例性实施例的电磁阀的剖视图。根据本公开的一个示例性实施例的电磁阀可设置于可从高压容器延伸的流路的一点，并且可用来打开或关闭流路。根据本公开的一个示例性实施例的电磁阀可包括用于包围电磁阀的外周面的电磁阀引导件700。

可在电磁阀的一端设置固定金属销800。固定金属销800可与电磁阀的上部中的电磁阀引导件700接触，从而可与电磁阀引导件700一起形成电磁阀的外周面。电磁阀引导件700可具有空心缸体形状。进一步，可在电磁阀引导件700内设置柱塞，并且柱塞可在缸体内往复运动。

进一步，以电磁阀引导件700为基础，主座100可设置在固定金属销800的相反侧的另一端，或者在电磁阀的下端。进一步，可在电磁阀内设置主柱塞200，其可与主座100紧密接触或者可与主座100分离，并且可在竖直方向上移动。特别地，主柱塞200可沿着电磁阀引导件700在电磁阀引导件700内竖直地往复运动预定距离。可在主柱塞和电磁阀引导件700之间设置用于控制主柱塞的运动的密封件220，或者可设置由橡胶材料等形成的O形环。

主座100可在阀的一侧与电磁阀引导件700接触，并且可由能够保持气密性的材料形成。根据本公开的一个示例性实施例，主座100可在其中心包括具有预定直径的孔110。因此，气体(例如氢气)可从流路流入，或者可从阀的内侧通过孔110排出到流路。

主柱塞200可包括具有预定直径的流路210，该流路可在主柱塞200内的中心形成。进一步，可在主柱塞200内的流路210下方的靠近将在下面描述的先导柱塞300的区域中形成孔口，该孔口的直径比具有预定直径的主柱塞200的流路的直径小。

主柱塞200可由控制单元移动，因此，当主柱塞200向下移动并与主座100紧密接触时，可关闭阀。因此，在此情况中，通过阀形成的流路可处于阻塞状态。进一步，当主柱塞200向上移动并由此与主座100分离时，阀打开，从而流体可在通过阀形成的流路中自由地流动。

转到图3，根据本公开的一个示例性实施例的阀可包括先导柱塞300、先导柱塞头400和弹簧600。先导柱塞300可设置于阀内，并且特别地，可设置于阀内的主柱塞200的顶部。

先导柱塞300还可在电磁阀引导件700内形成以沿着电磁阀引导件700往复运动，并且特别地，先导柱塞300可设置于主柱塞200和固定金属销800之间，并且可往复运动预定距离。根据本公开的一个示例性实施例，先导柱塞300可设置于主柱塞200的上端和固定金属销800的下端之间。进一步，先导柱塞300在其内部可包括空心部分310。不限制空心部分310的形状，但是如果空心部分310具有保证先导柱塞头400的运动的形状和预定长度，那么认为空心部分310是足够的。

同时，可在先导柱塞300的内部的一侧形成先导柱塞头400。特别地，可在先导柱塞的空心部分310的一侧形成先导柱塞头400。先导柱塞头400可在先导柱塞的空心部分310内移动。因此，可将先导柱塞头400设计为对应于先导柱塞的空心部分310的形状。

同时，根据本公开的一个示例性实施例，可使先导柱塞头400的一端变尖。在下文中，先导柱塞头400的变尖的一端将叫做“先导柱塞头顶端410”。也就是说，先导柱塞头400可具有这样的结构，其中先导柱塞头顶端410可设置于先导柱塞头400的一端，并且弹簧600可与先导柱塞头400的另一端接触。

同时，先导柱塞头400可在先导柱塞的空心部分310内往复运动。也就是说，先导柱塞头400可在竖直方向上在先导柱塞300内往复运动。进一步，先导柱塞300的运动和先导柱塞头400的运动是分开的，并且先导柱塞300和先导柱塞头400能独立地移动。

同时，可使先导柱塞头400基本上保持在与主柱塞200的后端紧密接触的状态中。特别地，先导柱塞头400可基本上保持这样的状态，其中先导柱塞头顶端410与主柱塞200的流路210的后端接触以关闭阀。也就是说，先导柱塞头顶端410可与主柱塞200的流路210的孔口接触，并且先导柱塞头顶端410的尺寸比孔口的直径大，这样使得可保持先导柱塞头400密封主柱塞200的流路210的状态。先导柱塞头400可由塑料或橡胶材料形成。

同时，根据本公开的一个示例性实施例，可在先导柱塞的空心部分310内设置弹簧600。弹簧600可附接至空心部分310中的先导柱塞头400的一侧，并且弹簧600的另一侧可与固定金属销800接触以被固定。也就是说，可在先导柱塞的空心部分310中设置弹簧600，并且弹簧600的一侧可附接至先导柱塞头400，而弹簧600的另一侧可附接至固定金属销800。对于弹簧600，可以使用具有预定水平或设计中所需的更大水平的弹力的一般弹簧。

根据本公开的一个示例性实施例，可设置于空心部分310中的弹簧600可进一步包括包围弹簧600的弹簧引导件610。可以可选地提供弹簧引导件610，并且当先导柱塞头400的材料是橡胶或塑料时，可能防止先导柱塞头400被弹簧600的弹力损坏或磨损。也就是说，弹簧引导件610可用作调节弹簧600的弹力的引导件以补充弹簧600的弹性运动。

可在弹簧600和先导柱塞300的内周面之间形成摩擦件，该摩擦件用于响应于弹簧600的弹性恢复力而控制弹簧600的运动程度。当提供弹簧引导件610时，可在弹簧引导件610和先导柱塞300的内周面之间形成摩擦件。

同时，可在电磁阀内的表面上(在该表面中主柱塞200与先导柱塞300接触)形成凸起500。不限制凸起500的形状，但是当主柱塞200与先导柱塞300相撞时，凸起500需要吸收冲击的量并缓解冲击。凸起500可由金属形成。根据本公开的一个示例性实施例，当凸起500形成于其中的表面较大时，使可在主柱塞200和先导柱塞300之间缓解的冲击的量增减，从而凸起500可缓解更大的冲击。

在下文中，将参考图4详细地描述根据本公开的一个示例性实施例的包括能独立移动的先导柱塞头400的电磁阀的操作。

在所加的高压气体(例如氢气)的流入之前的电磁阀是NC阀，这样使得主柱塞200与主座100紧密接触，并且先导柱塞300与主柱塞200接触，这样使得可将阀保持在闭合状态中。此状态中的每个阀构造的位置状态可表达为“阀定位在原始位置”。

当开始加燃料且气体从充气站流入时，可将所加注气体的高压施加至主座100的孔110。因此，可使主柱塞200与主座100分离，并且可通过所加注气体的高压将主柱塞200拉回到后端。根据主柱塞200的拉回，主柱塞200可与位于主柱塞200的后端处的先导柱塞300相撞。

在相关技术中，使冲击集中到先导柱塞头，特别地，通过冲击集中到先导柱塞头顶端，这样使得先导柱塞头和/或先导柱塞头顶端可能受损。然而，在本公开中，根据主柱塞200对先导柱塞300的撞击，特别地，是对先导柱塞头400的撞击，更特别地，是对先导柱塞头顶端410的撞击，可将先导柱塞头400与先导柱塞300独立地推入先导柱塞的空心部分310。特别地，先导柱塞头400的后端处的弹簧600接收压缩力并由撞击先导柱塞头400的力压缩，因此，可将先导柱塞头400拉回到先导柱塞的空心部分310内的后侧。因此，将先导柱塞头400推入空心部分310，这样使得先导柱塞头400接收的冲击的量可明显减小，结果，缓解施加到先导柱塞和/或先导柱塞头400的冲击，从而防止对应部件受损。

当完成加注高压气体且移除加燃料管线和/或供应管线的高压时，可使主座100的孔110的区域的压力再次下降至原始状态。因此，在此情况中，先导柱塞头400的后端处的弹簧600的恢复力可大于挤压先导柱塞300和先导柱塞头400的主柱塞200的力。因此，可通过可设置在先导柱塞头400的后端的弹簧600的弹性恢复力使先导柱塞头400返回到原始位置(阀的NC状态)。也就是说，先导柱塞头400可再次与主柱塞200的孔口接触以密封主柱塞200。因此，还可在主座100的方向上挤压主柱塞200，并且可使主柱塞200返回到原始位置以与主座100接触。

总之，本公开的核心实质是，在包括先导柱塞的电磁阀中，先导柱塞的运动独立于先导柱塞头的运动。

也就是说，应指出，本公开的特征在于：当主柱塞在由外部冲击拉回的同时撞击先导柱塞时，先导柱塞的头(特别是先导柱塞的头顶端)不接收所有的冲击，但是先导柱塞和主柱塞之间的凸起在将先导柱塞头拉回到先导柱塞内的同时吸收冲击的量。

在以上描述中，已经描述了本公开的示例性实施例，但是本公开所属领域中的普通技术人员在不脱离权利要求书中公开的本公开的实质的情况下，可通过增加、改变和删除构成元件，以各种方式修改和改变本公开，并且该修改和改变也属于本公开的范围。

在本公开的一个示例性实施例的描述中，当确定结合于此的已知构造或功能的详细描述可能不必要地使本公开的主题不清楚时，将省略该详细描述。上述术语是考虑本公开的一个示例性实施例中的功能而定义的术语，并且可根据用户和操作者的意图或实践而改变。因此，应基于本说明书的全部内容进行定义。因此，本发明的详细描述并非旨在将本公开限制于一个示例性实施例，而是应解释为所附权利要求书包括其他示例性实施例。

Claims (15)

1.一种电磁阀，设置于从高压容器延伸的流路中以打开或关闭所述流路，所述电磁阀包括：

主座，具有孔，这样使得气体通过所述主座的所述孔流入所述电磁阀中；

主柱塞，与所述主座接触；

先导柱塞，在所述电磁阀内设置于所述主柱塞的顶面，并且在所述先导柱塞中包括空心部分；以及

能独立移动的先导柱塞头，该先导柱塞头设置在所述先导柱塞内，具有与所述主柱塞接触的顶端，

其中，所述先导柱塞能够在所述电磁阀内移动，所述先导柱塞头能够在所述先导柱塞的所述空心部分内移动，并且

其中，所述先导柱塞头和所述先导柱塞彼此单独地移动。

2.根据权利要求1所述的电磁阀，其中，所述先导柱塞在底面具有凸起，在所述底面处所述主柱塞与所述先导柱塞接触。

3.根据权利要求2所述的电磁阀，其中，所述凸起由金属形成。

4.根据权利要求1所述的电磁阀，进一步包括：

弹簧，该弹簧附接至所述先导柱塞头的一侧并设置于所述空心部分内。

5.根据权利要求4所述的电磁阀，进一步包括：

弹簧引导件，该弹簧引导件设置于所述空心部分内以容纳所述弹簧。

6.根据权利要求4所述的电磁阀，进一步包括：

摩擦件，该摩擦件设置于所述弹簧与所述先导柱塞的内周面之间。

7.根据权利要求1所述的电磁阀，进一步包括：

电磁阀引导件，包围所述电磁阀的外周面；以及

固定金属销，与所述电磁阀引导件的一端接触，

其中，所述主座与所述电磁阀引导件的另一端接触。

8.根据权利要求7所述的电磁阀，其中，所述先导柱塞和所述主柱塞设置在所述电磁阀引导件内，并且

其中，所述先导柱塞和所述主柱塞能够在所述固定金属销与所述主座之间移动。

9.根据权利要求7所述的电磁阀，进一步包括：

弹簧，附接至所述先导柱塞头的一侧，并且设置于所述空心部分内，

其中，所述弹簧的一侧与所述先导柱塞头接触，并且所述弹簧的另一侧与所述固定金属销接触。

10.根据权利要求7所述的电磁阀，进一步包括：

摩擦件，该摩擦件形成为调节所述主柱塞在所述主柱塞和所述电磁阀引导件之间的运动。

11.根据权利要求1所述的电磁阀，其中，所述先导柱塞头由塑料或橡胶材料形成。

12.根据权利要求1所述的电磁阀，其中，所述电磁阀安装在氢气储存系统中，在该氢气储存系统中，所述高压容器的加燃料流路和供应流路是相同的。

13.根据权利要求1所述的电磁阀，其中，所述主柱塞进一步包括穿过所述主柱塞的中心的主柱塞流路，并且

其中，所述主柱塞流路的一端与所述主座的所述孔连接，并且所述主柱塞流路的另一端与所述先导柱塞头紧密接触。

14.根据权利要求1所述的电磁阀，其中，所述主柱塞进一步包括穿过所述主柱塞的中心的主柱塞流路，并且

其中，所述主柱塞流路的一端与所述主座的所述孔连接，并且所述主柱塞流路的另一端与所述先导柱塞头分离。

15.根据权利要求1所述的电磁阀，其中，所述主柱塞与所述主座分离。