CN109099311B - 一种氢气瓶安全阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及阀门技术领域，具体为一种氢气瓶安全阀，包括接头、安全螺栓、引流罩和爆破片，接头上沿其上下端方向贯穿设有通孔，安全螺栓和引流罩均连接于接头的上端且安全螺栓的头部位于引流罩的内部，接头的上表面、安全螺栓的头部和引流罩的内壁之间形成有容纳腔，引流罩上设有连通于容纳腔的接口，安全螺栓上设有用于连通通孔和容纳腔的孔道，爆破片位于安全螺栓和接头之间用于将通孔和孔道隔开，孔道内填充有易熔合金。当氢气瓶内气压和温度分别达到爆破片的爆破压力和易熔合金的熔点后，该氢气瓶安全阀自动对氢气瓶内氢气进行泄压，得以提高氢气瓶使用的安全性，避免引发安全事故。

Description

一种氢气瓶安全阀

技术领域

本发明涉及阀门技术领域，具体为一种氢气瓶安全阀。

背景技术

随着人类对能源的需求量日益增长，化石燃料等不可再生能源即将面临着枯竭的危险，而且化石燃料对环境的影响也不能忽视，故而开发和利用新能源成为越来越迫切的要求；而氢气作为一种新能源，是世界公认的清洁能源，越来越受人们的关注。

同时，氢气是一种易燃易爆的气体，其与氟、氯、氧、一氧化碳以及空气混合均有爆炸的危险，而氢气通常被压缩储存在特制的氢气瓶中，从而氢气瓶内的气压往往较大，故在氢气瓶的储存和使用过程中，若受环境的影响使得氢气瓶内温度和气压过大时，就有可能造成爆炸，从而引发安全事故，为此，我们提出了一种氢气瓶安全阀。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种氢气瓶安全阀，以解决上述背景技术中提出在氢气瓶的储存和使用过程中，若受环境的影响使得氢气瓶内气压和温度过大时，就有可能造成爆炸，从而引发安全事故的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种氢气瓶安全阀，包括下端为与氢气瓶连接的接头、连接于接头上端的引流罩、安全螺栓和爆破片，所述接头上沿其上下端方向贯穿设有通孔，所述引流罩上设有用于与收集氢气的管道连接的接口；所述安全螺栓连接于所述接头的上端且所述安全螺栓的头部位于所述引流罩的内部，所述的接头的上表面、安全螺栓的头部和引流罩的内壁之间形成有与所述接口连通的容纳腔，所述安全螺栓上设有用于连通所述的通孔和容纳腔的孔道，所述爆破片位于所述的安全螺栓和接头之间用于将所述的通孔和孔道隔开，所述孔道内填充有易熔合金。

本发明的有益效果在于：通过所述接头与氢气瓶连接，通过所述引流罩上的所述接口与收集氢气的管道连接；由于所述的通孔、孔道和容纳腔连通，所述的通孔和孔道通过所述爆破片隔开，所述孔道内填充有所述易熔合金，则：

(1)当氢气瓶内的温度低于所述易熔合金的熔点时，所述孔道内的所述易熔合金为固化状态，所述孔道被堵住，所述的安全螺栓和易熔合金得以抵触在所述爆破片上，从而堵住所述通孔，防止氢气瓶内氢气从所述通孔内溢出；

(2)当氢气瓶内的温度大于等于所述易熔合金的熔点时，所述孔道内的所述易熔合金会融化，从而由固化状态转变成熔融状态，从而解除了所述易熔合金作用在所述爆破片上的抵触力，此时：若氢气瓶内的气压未达到所述爆破片的爆破压力时，所述爆破片不会破裂，氢气瓶内的氢气仍然不能从所述通孔内溢出；若氢气瓶内的气压达到所述爆破片的爆破压力时，所述爆破片发生破裂，在氢气瓶内氢气的压力下，使得所述孔道内的熔融状态下的所述易熔合金流入所述容纳腔内，从而使得所述的通孔、孔道和容纳腔之间连通，氢气瓶内的氢气依次通过所述的通孔和孔道进入所述容纳腔内，再通过所述接口进入收集氢气的管道，从而起到泄压作用。

综上所述，当氢气瓶内的温度大于等于所述易熔合金的熔点且氢气瓶内压力达到所述爆破片的爆破压力时，该氢气瓶安全阀开始进行泄压，避免了因氢气瓶内的温度过高、气压过大而引发安全事故，得以提高氢气瓶使用的安全性；也可以防止氢气瓶内温度和气压中单一的一项满足泄压要求时就开始泄压，从而造成资源浪费。

优选的，所述的爆破片和安全螺栓之间设有环形垫片，所述环形垫片的内孔与所述孔道连通，且所述环形垫片的内孔中填充有易熔合金。其优点是：在向所述接头上装配所述安全螺栓时，在所述环形垫片的作用下，避免了所述安全螺栓的尾端直接与所述爆破片接触发生摩擦，从而对所述爆破片造成磨损，使其耐压能力降低。

优选的，所述爆破片为套设在所述环形垫片上的瓶盖状结构。其优点是：在瓶盖状结构的所述爆破片的作用下，所述的环形垫片、爆破片和安全螺栓之间得以精准定位，防止了因装配过程中存在较大误差而降低该氢气瓶安全阀的气密性。

优选的，所述孔道包括一个沿所述安全螺栓轴向设置的第一孔道和位于所述安全螺栓头部内的沿其径向设置的若干个第二孔道，所述的第二孔道连通于所述第一孔道。其优点是：由于氢气瓶内氢气的压力会通过所述通孔作用到所述爆破片上，使得所述爆破片发生形变从而对所述第一孔道内的所述易熔合金产生推力，当氢气瓶内的气压过大时甚至会事先使得所述爆破片破裂，氢气瓶内的气压直接作用在所述第一孔道内的所述易熔合金上，而所述第一孔道沿所述安全螺栓的轴向设置，所述第二孔道沿所述安全螺栓径向设置，从而增加了所述孔道内的所述易熔合金的耐压能力，防止了所述易熔合金在固化状态就脱离所述孔道。

优选的，所述第二孔道的数量优选为三个且呈等间隔分布，所述的第一孔道的横截面积大于单个第二孔道的横截面积且小于或者等于三个第二孔道的横截面积之和。其优点是：由于所述第二孔道的数量过少时，不利于所述安全螺栓头部内的所述易熔合金均称分布，所述第二孔道的数量过多时，又增加了加工难度，故所述第二孔道的数量优选为三个，且呈等间隔分布；而单个所述第二孔道的横截面积均小于所述第一孔道的横截面积，从而增加了所述第二孔道内的所述易熔合金对所述第一孔道内的易熔合金的耐压能力；而且三个所述第二孔道的横截面积之和大于等于所述第一孔道的横截面积，保证了在氢气瓶内的温度和压力达到泄压要求时，在氢气瓶内氢气的气压下，能够迅速使得所述爆破片破裂后的碎片以及熔融状态下的所述易熔合金迅速排出到所述容纳腔内，从而对氢气瓶内的氢气进行泄压，提高安全性。

优选的，所述引流罩螺接于所述接头上端，且所述的引流罩和接头之间的螺纹缝隙内填充有厌氧型螺纹锁固剂。其优点是：所述引流罩通过螺接的方式装配到所述接头上，且所述的引流罩和接头之间的螺纹缝隙内填充的厌氧型所述螺纹锁固剂，能够防止所述的引流罩和接头之间的螺纹松动，增加所述的引流罩和接头之间的密封性，而且所述螺纹锁固剂的厌氧特性能够起到隔绝氧气的作用，可以防止氧气进入与所述引流罩内泄压时溢出的氢气接触发生爆炸。

优选的，所述引流罩上远离所述接头的一端外周至少设有两个用于拧紧所述引流罩的卡口。其优点是：通过扳手卡住所述卡口后转动扳手，得以完成所述的引流罩和接头之间的螺接。

优选的，所述的接头和引流罩之间设有第一密封圈。其优点是：所述第一密封圈可以增加所述的接头和引流罩之间的连接的气密性。

优选的，所述接头的外周环形设有用于固定所述第一密封圈的凹槽。其优点是：在所述接头上装配所述引流罩时，可以事先将所述第一密封圈固定在所述凹槽内，则在拧紧或松动所述引流罩的过程中，就不会使得所述第一密封圈发生移动。

优选的，所述接头的外周一体设有六角螺帽状结构的用于使所述接头拧紧于氢气瓶的拧紧块，且所述接头上位于所述拧紧块的下端处套设有第二密封圈。其优点是：通过扳手转动六角螺帽状结构的所述拧紧块，得以完成所述接头与氢气瓶之间的螺接，且所述的第二密封圈能够增加所述接头与氢气瓶之间的气密性；另外，通过扳手卡住所述拧紧块，再通过另一扳手卡住所述卡口并转动，得以完成所述的引流罩和接头之间的螺接。

附图说明

图1是根据本发明的一个优选实施例的氢气瓶安全阀的立体图；

图2是根据本发明的一个优选实施例的氢气瓶安全阀的剖视图；

图3是图2中I处的局部放大图；

图4是根据本发明的一个优选实施例的第一孔道和第二孔道的连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚的说明本实施例的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

请参照图1至图4，本发明实施例中，一种氢气瓶安全阀，包括接头1、安全螺栓2、引流罩3和爆破片5，所述接头1的下端螺纹连接于氢气瓶上，所述接头1上沿其上下端方向贯穿设有圆状的通孔11，所述接头1的上端面上设有与所述通孔11同轴的螺纹孔，且所述螺纹孔的直径应当大于所述通孔11的直径；所述引流罩3螺纹连接于所述接头1的上端外周，且所述的引流罩3和接头1之间的螺纹缝隙内填充有厌氧型的螺纹锁固剂(所述螺纹锁固剂可选用规格为卡夫特0271的厌氧型螺纹锁固剂，但不局限于规格)，防止所述的引流罩3和接头1之间松动，从而保证它们之间的气密性良好，也起到了隔绝氧气的作用；所述安全螺栓2螺纹连接于所述螺纹孔内，所述的接头1的上表面、安全螺栓2的头部和引流罩3的内壁之间形成有容纳腔4，所述安全螺栓2内设有用于连通所述的通孔11和容纳腔4的孔道，所述引流罩3的上端设有连通于所述容纳腔4的用于与收集氢气的管道螺接的接口 31(所述接口31为内螺纹接口)，则氢气瓶内的氢气可以一次通过所述的通孔11和孔道，进入所述容纳腔4，再从所述接口31排出；所述爆破片5位于所述的安全螺栓2的尾部(尾部是指所述安全螺栓2上带有螺纹的一端)和螺纹孔的内底壁之间，所述爆破片5用于将所述的孔道和通孔11隔开，所述孔道内填充有易熔合金6，当所述安全螺栓2紧固于所述螺纹孔内后，在所述安全螺栓2的尾部以及所述孔道内填充的所述易熔合金6的作用下，得以将所述爆破片5紧紧的抵触在所述通孔11的上端，从而堵住所述通孔11，有效的防止了氢气瓶内的氢气从所述通孔11内溢出。

实施例中，所述的爆破片5和安全螺栓2之间设有环形垫片7，所述环形垫片7的内孔与所述孔道连通，且所述环形垫片7的内孔中填充有易熔合金6；通过在所述的爆破片5和安全螺栓2之间垫放所述环形垫片7，可以有效的防止在拧紧所述安全螺栓2时，所述安全螺栓2的尾部与所述爆破片5 之间接触发生摩擦，从而对所述爆破片5造成磨损，使其耐压能力降低；另外，在所述爆破片5的材料和厚度相同的条件下，可以通过改变所述环形垫片7上内孔的孔径大小，来改变所述爆破片5所能承受的最大压力(即在所述爆破片5的材料和厚度相同的条件下，所述环形垫片7的内孔的孔径越大，所述爆破片5能承受的最大压力越小，反之则反)，所以在需要对所述爆破片5所能承受的最大压力进行调整时，只需要更换不同内孔孔径的所述环形垫片7即可，无需对所述安全螺栓2进行更换。

实施例中，所述爆破片5为套设在所述环形垫片7上的瓶盖状结构，得以实现所述的环形垫片7、爆破片5和安全螺栓2之间的精准定位，其通过使瓶盖状结构的所述爆破片5的外径与所述螺纹孔的内径相匹配，使瓶盖状结构的所述爆破片5的内径和所述环形垫片7的外径相匹配，并确保瓶盖状结构的所述爆破片5的深度低于所述环形垫片7的厚度，从而在装配过程中，先将所述环形垫片7放置于瓶盖状结构所述爆破片5的内部，再将瓶盖状结构的所述爆破片5放置在所述螺纹孔内，最后再拧紧所述安全螺栓2并确保所述安全螺栓2的尾部抵触在所述环形垫片7上，从而使得所述爆破片5能够将所述通孔11堵住且所述环形垫片7的内孔正好对准所述孔道。

实施例中，所述孔道包括一个沿所述安全螺栓2轴向设置的圆状的第一孔道21和位于所述安全螺栓2头部内的沿其径向等间隔设置的三个圆状的第二孔道22，所述第一孔道21对准所述环形垫片7 的内孔，三个所述的第二孔道22均连通于所述第一孔道21；由于氢气瓶内氢气的压力会通过所述通孔11作用到所述爆破片5上，使得所述爆破片5发生形变从而对所述第一孔道21内的所述易熔合金 6产生推力，当氢气瓶内的气压过大时甚至会事先使得所述爆破片5破裂，氢气瓶内的气压直接作用在所述第一孔道21内的所述易熔合金6上，而所述第一孔道21沿所述安全螺栓2的轴向设置，所述第二孔道22沿所述安全螺栓2的径向设置，从而增加了所述第一孔道21内的所述易熔合金6在固化状态下的耐压能力，使其不至于在固化状态下就被推至所述容纳腔4内。

实施例中，所述的第一孔道21的横截面积等于三个第二孔道22的横截面积之和；则单个所述第二孔道22的横截面积小于所述第一孔道21的横截面积，从而增加了所述第二孔道22对所述第一孔道 21内的固化状态下的所述易熔合金6的阻力，得以提高所述第一孔道21内的所述易熔合金6的耐压能力；而所述的第一孔道21的横截面积等于或者小于三个第二孔道22的横截面积之和时，都能确保在氢气瓶内的温度和压力达到泄压要求时，在氢气瓶内氢气的气压下，能够使得熔融状态下的所述易熔合金6迅速排出到所述容纳腔4内，得以对氢气瓶内的氢气进行泄压。

实施例中，所述引流罩3上远离所述接头1的一端外周设有两个对称的用于拧紧固定的卡口32；所述的接头1和引流罩3之间设有第一密封圈8，所述接头1的外周环形设有用于固定所述第一密封圈8的凹槽12；在装配所述引流罩3时，事先将所述第一密封圈8套在所述凹槽12内，得以对所述第一密封圈8进行简单固定，防止通过扳手卡住所述卡口32拧紧所述引流罩3的过程中，使得所述第一密封圈8发生轴向移动。

实施例中，所述接头1的外周一体设有六角螺帽状结构的用于使所述接头1拧紧于氢气瓶的拧紧块13，且所述接头1上位于所述拧紧块13的下端处套设有第二密封圈9；通过扳手转动所述拧紧块 13，得以完成所述接头1与氢气瓶之间的螺接，而且在拧紧所述引流罩3的过程中，也需要通过扳手对所述拧紧块13进行限位，才得以将所述引流罩3螺接到所述接头1上；所述的第二密封圈9能够增加所述接头1与氢气瓶之间的气密性。

实施例中，所述的接头1、安全螺栓2和引流罩3的材料均优选为HPb59-1铅黄铜，其具有良好的可切削性、良好的力学性能以及良好的耐腐蚀性，易焊接，既便于加工，延长了所述的接头1、安全螺栓2和引流罩3的使用寿命，并使得该氢气瓶安全阀可以经受住最大压力为83MPa的耐压性试验。

实施例中，所述的第一密封圈8和第二密封圈9的材料均优选为丁腈橡胶，其具有较好的耐磨性、耐热性，以及良好的耐水性、气密性和优良的粘结性能，从而增加了所述的第一密封圈8和第二密封圈9的密封性，延长了所述的第一密封圈8和第二密封圈9的使用寿命并使得该氢气瓶安全阀可以经受住压力区间为0.05～42.5MPa的气密性实验。

实施例中，所述爆破片5的材料优选为铁铬镍合金，其具有较准确的爆破压力参数、较高的抗疲劳能力和耐高温等优点，保证所述爆破片5具有稳定的爆破压力，并延长其使用寿命，从而确保了该氢气瓶安全阀使用的安全性；通过控制所述环形垫片7的内孔孔径的大小，确保所述爆破片5爆破时的动作压力为52.5MPa(实际加工中，可以容许该所述爆破片5爆破时的动作压力具有一定的误差，其容许误差值的范围是0～-5.25MPa)，即当氢气瓶内氢气的气压达到47.25MPa时后，所述爆破片5 开始破裂，当氢气瓶内氢气的气压达到52.5MPa后，所述爆破片5完全破裂。

实施例中，所述易熔合金6的材料优选为铋、锡、铅和铟等元素之中的两种或者多种元素组成，由于它们所组成的合金具有较低的熔点，保证了所述易熔合金6具有较低动作温度，从而确保了该氢气瓶安全阀使用的安全性；确保所述易熔合金6的动作温度为110℃±5℃，即当氢气瓶所在环境温度达到105℃时，所述的易熔合金6开始融化，当氢气瓶所在环境温度达到115℃时，所述的易熔合金6 完全融化。

工作原理：先将所述接头1的下端螺接到氢气瓶上，并在将收集氢气的管道螺接到所述引流罩3 上的所述接口31上，然后在向氢气瓶内充入一定量的氢气，确保充入氢气的气压小于所述爆破片5 爆破时的动作压力值；由于所述的通孔11、第一孔道21、第二孔道22和容纳腔4是连通的，所述爆破片5在所述的安全螺栓2和环形垫片7的抵触下，紧紧的堵住所述通孔11的上端，从而使得所述的通孔11与第一孔道21隔开，所述的第一孔道21、第二孔道22以及所述环形垫片7上的内孔内均填充有所述易熔合金6，则：

(1)当氢气瓶所处的环境温度低于所述易熔合金6的熔点(其值为110℃±5℃)时，所述的环形垫片7的内孔、第一孔道21和第二孔道22内的所述易熔合金6均为固化状态，从而所述环形垫片 7以及其内孔内的易熔合金6以圆柱体的形态抵触在所述爆破片5上远离所述通孔11的一侧，此时所述爆破片5所耐受的压力最高(由于所述环形垫片7的内孔的孔径越小，所述爆破片5所耐受的压力最高，而此时所述环形垫片7的内孔内填充有固化状态的所述易熔合金6，故其孔径为零)，远大于其爆破时的动作压力52.5MPa；所以在氢气瓶内的温度低于所述易熔合金6的熔点的条件下，当氢气瓶内的气压小于所述爆破片5的最大耐受压力时，该氢气瓶安全阀就不会对瓶内气体进行泄压；当氢气瓶内的气压大于等于所述爆破片5的最大耐受压力时，虽然所述爆破片5发生破裂，但是所述的第一孔道21和第二孔道22内的所述易熔合金6是固化状态，从而将所述的第一孔道21和第二孔道22堵住，使得所述通孔11仍然不能连通于所述容纳腔4，该氢气瓶安全阀仍然不会对瓶内气体进行泄压；

(2)当氢气瓶内的温度大于等于所述易熔合金6的熔点(其值为110℃±5℃)时，所述的环形垫片7的内孔、第一孔道21和第二孔道22内的所述易熔合金6受热融化，由固化状态转变成熔融状态，从而解除了所述易熔合金6作用在所述爆破片5上的抵触力，使得所述环形垫片7以圆环的形态抵触在所述爆破片5上远离所述通孔11的一侧，此时，所述爆破片5所耐受的压力最低(此时所述环形垫片7的内孔的孔径即为所述环形垫片7的内径)，即为其爆破时的动作压力，其值为52.5MPa；所以在氢气瓶内的温度大于等于所述易熔合金6的熔点的条件下，当氢气瓶内气压小于所述爆破片5的动作压力时，即使所述的环形垫片7的内孔、第一孔道21和第二孔道22内的所述易熔合金6为熔融状态，但在所述爆破片5的阻隔下，该氢气瓶安全阀不会对瓶内气体进行泄压；当氢气瓶内气压大于等于所述爆破片5的动作压力时，所述爆破片5发生破裂，在瓶内气体压力下，熔融状态下的所述易熔合金6得以排出到所述容纳腔4内，从而使得所述的通孔11、环形垫片7的内孔、第一孔道21、第二孔道22和容纳腔4之间连通，瓶内氢气得以依次通过所述的通孔11、环形垫片7的内孔、第一孔道21、第二孔道22和容纳腔4，再从所述接口31进入收集氢气的管道，从而对瓶内气体进行泄压，防止其温度过高、压力过大而发生爆炸，从而引发事故。

所以，所述的爆破片5和易熔合金6的结合使用，只有在氢气瓶的温度和气压同时达到泄压要求时，该氢气瓶安全阀才开始对氢气瓶进行泄压，这也就防止了在氢气瓶的储存和使用过程中，因氢气瓶内的温度和气压之中的单一的一项符合泄压要求时，该氢气瓶安全阀就开进行泄压，从而造成资源浪费。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应当视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种氢气瓶安全阀，包括下端为与氢气瓶连接的接头（1）和连接于接头（1）上端的引流罩（3），所述接头（1）上沿其上下端方向贯穿设有通孔（11），所述引流罩（3）上设有用于与收集氢气的管道连接的接口（31），其特征在于，包括安全螺栓（2）和爆破片（5），所述安全螺栓（2）连接于所述接头（1）的上端且所述安全螺栓（2）的头部位于所述引流罩（3）的内部，所述的接头（1）的上表面、安全螺栓（2）的头部和引流罩（3）的内壁之间形成有与所述接口（31）连通的容纳腔（4），所述安全螺栓（2）上设有用于连通所述的通孔（11）和容纳腔（4）的孔道，所述爆破片（5）位于所述的安全螺栓（2）和接头（1）之间用于将所述的通孔（11）和孔道隔开，所述孔道内填充有易熔合金（6）；

所述的爆破片（5）和安全螺栓（2）之间设有环形垫片（7），所述环形垫片（7）的内孔与所述孔道连通，且所述环形垫片（7）的内孔中填充有易熔合金（6）；

所述爆破片（5）为套设在所述环形垫片（7）上的瓶盖状结构；

所述孔道包括一个沿所述安全螺栓（2）轴向设置的第一孔道（21）和位于所述安全螺栓（2）头部内的沿其径向设置的若干个第二孔道（22），所述的第二孔道（22）连通于所述第一孔道（21）；

所述第二孔道（22）的数量为三个且呈等间隔分布，所述的第一孔道（21）的横截面积大于单个第二孔道（22）的横截面积且小于或者等于三个第二孔道（22）的横截面积之和；

所述引流罩（3）螺接于所述接头（1）的上端，且所述的引流罩（3）和接头（1）之间的螺纹缝隙内填充有厌氧型螺纹锁固剂。

2.根据权利要求1所述的一种氢气瓶安全阀，其特征在于，所述引流罩（3）上远离所述接头（1）的一端外周至少设有两个用于拧紧所述引流罩（3）的卡口（32）。

3.根据权利要求2所述的一种氢气瓶安全阀，其特征在于，所述的接头（1）和引流罩（3）之间设有第一密封圈（8）。

4.根据权利要求3所述的一种氢气瓶安全阀，其特征在于，所述接头（1）的外周环形设有用于固定所述第一密封圈（8）的凹槽（12）。

5.根据权利要求1所述的一种氢气瓶安全阀，其特征在于，所述接头（1）的外周一体设有六角螺帽状结构的用于使所述接头（1）拧紧于氢气瓶的拧紧块（13），且所述接头（1）上位于所述拧紧块（13）的下端处套设有第二密封圈（9）。