CN110388473A - 一种车用高压氢气瓶口阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车用高压氢气瓶口阀，包括主阀体和控制系统；主阀体上设置有主通道、第一副通道和第二副通道；主通道内安装有电磁控制阀，电磁控制阀在控制系统的控制下实现主通道的启闭，控制系统的控制信号至少来自于位于第一副通道内的传感单元；第二副通道内设置有泄压装置，用于实现传感单元检测结果超过设定值情况下气体的排放。在本发明中，通过在主阀体上设置用于提供安装位置的主通道、第一副通道和第二副通道，使得电磁控制阀、手动开关阀、传感单元和泄压装置获得主阀体内置安装集成，实现了整个瓶口阀控制单元在主阀体上的高度集成，减少外部安装空间的需求，从而在保证了供气系统安全的同时也满足了气瓶容器外部狭小的安装工况等。

Description

一种车用高压氢气瓶口阀

技术领域

本发明涉及氢燃料电池供气系统技术领域，尤其涉及一种车用高压氢气瓶口阀。

背景技术

氢能被认为是21世纪重要的二次能源，具有资源丰富、燃烧值高、清洁和可再生等优点。随着氢燃料电池汽车技术的迅速发展，安全、高效的储氢技术成为氢能源汽车供气系统应用的关键。目前我国已成功研制出35MPa车用铝内胆纤维全缠绕高压氢气瓶，然而储氢气瓶内氢气合理、有效的使用离不开瓶口开关阀和后续的供气系统，有了安全可靠的供氢系统才能给氢燃料电池提供动力保障。

目前车用氢气气瓶主要采用瓶口阀与其他阀门简单串联形成供气系统回路，通过管路将单向阀、电磁控制阀、安全阀进行简单连接在一起，且整体处于气瓶容器外，对气瓶外的安装空间要求比较大，且由于管道连接多采用螺纹卡套等连接，漏点较多，易产生安全隐患等。

鉴于上述情况，本发明人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种车用高压氢气瓶口阀，使其更具有实用性。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种车用高压氢气瓶口阀，通过将各项功能集成于主阀体，有效减少了连接点而避免漏点的存在，并通过将大部分功能部件主体内置于气瓶容器内，而减少外部安装空间的需求。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种车用高压氢气瓶口阀，包括主阀体和控制系统；

所述主阀体上设置有主通道、第一副通道和第二副通道；所述主通道内安装有电磁控制阀，所述电磁控制阀在所述控制系统的控制下实现所述主通道的启闭，其中，所述控制系统的控制信号至少来自于位于所述第一副通道内的传感单元；所述第二副通道内设置有泄压装置，用于实现传感单元检测结果超过设定值情况下气体的排放。

进一步地，所述电磁控制阀包括阀体、静铁芯、动铁芯、阀芯、铜套和线圈组件；

所述线圈组件套设于所述铜套上，并设置于所述阀体内，所述控制系统对所述线圈组件供电，从而为设置于所述铜套内的动铁芯提供磁力，使其获得靠近所述静铁芯的磁力，所述静铁芯和动铁芯之间设置有弹簧，从而在断电状态下保持所述静铁芯和动铁芯的分离状态，并使所述阀芯与所述主阀体之间处于关闭状态；

所述阀芯与所述阀体之间设置有腔体，所述腔体具有与氢气瓶内连通的进气端，以及依靠所述动铁芯带动所述阀芯移动而启闭的出气端。

进一步地，所述动铁芯带动所述阀芯移动而启闭出气端，具体为，所述主通道的进气端部设置有扩口段，所述扩口段的端部设置有与所述阀体一端连接的内螺纹段，因所述扩口段的设置而在所述主通道内形成台阶面，所述台阶面对所述阀芯移动的极限位置进行限制，且通过所述限制实现所述腔体的关闭。

进一步地，所述阀芯与所述动铁芯通过挂钩结构连接。

进一步地，所述挂钩结构存在间隙，所述阀芯上设置有先导孔，通过所述间隙的设置，在所述动铁芯带动所述阀芯完全开启所述进气端之前，通过所述先导孔允许气体流出，形成助力所述阀芯开启的反射流。

进一步地，所述挂钩结构包括位于所述动铁芯端部的安装杆，以及位于所述安装杆端部的凸台，所述阀芯端部设置有供所述凸台插入且对所述动铁芯轴向进行限制的槽体；

所述先导孔的一开口端设置在所述槽体内与所述凸台相对的端面上。

进一步地，所述阀芯包括同轴设置的大阀芯和小阀芯，二者的连接处设置有密封结构，所述先导孔与所述小阀芯同轴设置，所述槽体设置在所述大阀芯端部。

进一步地，所述泄压装置包括位于所述第二副通道出口端的扩口段，所述扩口段内设置有泄压阀杆、复位弹簧、导向套和阀盖，所述泄压阀杆设置于所述导向套以及因所述扩口段的存在而形成的台阶面之间，并在所述导向套的限制下沿轴向移动，所述复位弹簧套设于所述泄压阀杆外围，一端与所述导向套相抵，另一端通过对所述泄压阀杆的挤压实现其与所述台阶面的贴合；

所述扩口段内设置有连通外部的泄压孔。

进一步地，所述导向套和阀盖之间设置有靠近所述导向套的易熔合金，以及靠近所述阀盖的滤网。

进一步地，所述主通道的出气端设置有手动开关阀。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：

在本发明中，通过在主阀体上设置用于提供安装位置的主通道、第一副通道和第二副通道，使得电磁控制阀、手动开关阀、传感单元和泄压装置获得主阀体内置安装集成，实现了整个瓶口阀控制单元在主阀体上的高度集成，减少外部安装空间的需求，从而在保证了供气系统安全的同时也满足了气瓶容器外部狭小的安装工况等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为车用高压氢气瓶口阀的整体示意图；

图2为电磁控制阀的结构示意图；

图3为动铁芯和阀芯的连接示意图；

图4为第二副通道内泄压装置的安装和结构示意图；

图5为车用高压氢气瓶口阀的整体剖视图；

图6为主通道内电磁控制阀的安装和结构示意图；

附图标记：主阀体1、主通道2、第一副通道3、传感单元31、电连接器32、第二副通道4、泄压阀杆41、复位弹簧42、导向套43、阀盖44、易熔合金45、滤网46、电磁控制阀5、阀体51、静铁芯52、动铁芯53、安装杆53a、凸台53b、阀芯54、先导孔54a、小阀芯54b、大阀芯54c、铜套55、弹簧56、腔体57、线圈组件58、手动开关阀6。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本发明各实施例采用递进的方式撰写。

如图1~6所示，一种车用高压氢气瓶口阀，包括主阀体1和控制系统；主阀体1上设置有主通道2、第一副通道3和第二副通道4；主通道2内安装有电磁控制阀5，电磁控制阀5在控制系统的控制下实现主通道2的启闭，其中，控制系统的控制信号至少来自于位于第一副通道3内的传感单元31；第二副通道4内设置有泄压装置，用于实现传感单元31检测结果超过设定值情况下气体的排放。

在本发明的上述实施例中，通过在主阀体上设置用于提供安装位置的主通道2、第一副通道3和第二副通道4，使得电磁控制阀5、手动开关阀6、传感单元31和泄压装置获得主阀体1内置安装集成，实现了整个瓶口阀控制单元在主阀体上的高度集成，减少外部安装空间的需求，从而在保证了供气系统安全的同时也满足了气瓶容器外部狭小的安装工况等。

作为上述实施例的优选，磁控制阀5包括阀体51、静铁芯52、动铁芯53、阀芯54、铜套55和线圈组件58；线圈组件58套设于铜套55上，并设置于阀体51内，控制系统对线圈组件58供电，从而为设置于铜套55内的动铁芯53提供磁力，使其获得靠近静铁芯52的磁力，静铁芯52和动铁芯53之间设置有弹簧56，从而在断电状态下保持静铁芯52和动铁芯53的分离状态，并使阀芯54与主阀体1之间处于关闭状态；阀芯54与阀体51之间设置有腔体57，腔体57具有与氢气瓶内连通的进气端，以及依靠动铁芯53带动阀芯54移动而启闭的出气端。

在具体使用过程中，需将阀体51固定设置在主通道2内，通过动铁芯53带动阀芯54的移动而起到开关的作用，具体的控制方式如下：

在正常使用的情况下，线圈组件58断电，在弹簧56的弹性力下，保持静铁芯52和动铁芯53的分离，此时，动铁芯53带动阀芯54到达主通道2的关闭位置；而在需要开启主通道2的情况下，通过控制系统对线圈组件58进行供电，在磁力的作用下，动铁芯53带动阀芯54进行移动，具体移动至静铁芯52和动铁芯53贴合的位置处，从而使得阀芯54到达主通道2的开启位置，通过上述方式可实现主通道2有效的开启和关闭，实现氢气的正常使用。

作为上述实施例的优选，提供了一种电磁控制阀5的具体安装形式，从而可有效的保证主通道2的有效启闭，动铁芯53带动阀芯54移动而启闭出气端，具体为，主通道2的进气端部设置有扩口段，扩口段的端部设置有与阀体51一端连接的内螺纹段，因扩口段的设置而在主通道2内形成台阶面，台阶面对阀芯54移动的极限位置进行限制，且通过限制实现腔体57的关闭。其中，台阶面上可设置密封结构，本优选方案中，密封结构至少包括设置在台阶面上的环状凸起，通过环状凸起对阀芯54的挤压可实现更好的密封，为了实现更好的使用效果，可在阀芯54上设置对应环状凸起的凹槽结构，从而增加密封的面积。

作为上述实施例的优选，阀芯54与动铁芯53通过挂钩结构连接，从而降低加工同轴度要求；并实现了零部件之间的快速装拆，同时降低了产品维护成本。具体的，挂钩结构存在间隙，阀芯54上设置有先导孔54a，通过间隙的设置，在动铁芯53带动阀芯54完全开启进气端之前，通过先导孔54a允许气体流出，形成助力阀芯54开启的反射流。通过先导孔54a的设置，旨在提高瓶口阀的工作灵敏度，通过反射流的助力降低阀芯54开启的难度，降低开启瓶口阀的电流大小，保证其工作的可靠性。

其中，挂钩结构包括位于动铁芯53端部的安装杆53a，以及位于安装杆53a端部的凸台53b，阀芯54端部设置有供凸台53b插入且对动铁芯53轴向进行限制的槽体；先导孔54a的一开口端设置在槽体内与凸台53b相对的端面上。其中，凸台53b与槽体间的间隙允许先导孔54a的开启，开度只需保证少量的气流通过即可，通过较小的孔径获得较高的流速，从而实现更好的反射效果。

阀芯54包括同轴设置的大阀芯54c和小阀芯54b，二者的连接处设置有密封结构，先导孔54a与小阀芯54b同轴设置，槽体设置在大阀芯54c端部。通过分体的结构设计，有效的降低了整个阀芯54的加工难度，其中，密封结构可采用设置在二者连接部分径向台阶面上的密封圈结构等，便于安装且密封效果好，其中，为了增加先导孔54a对阀芯54开启的助力效果，先导孔54a可在自氢气瓶向外引出的方向上，存在孔径自小变大的变化，这种变化可以为阶梯式的，也可以为渐变式的，均可在气体流至先导孔54a时，起到增压的目的。

为了保证阀芯54开启前电磁控制阀5的密封效果，优选在小阀芯54b的端部设置曲面结构，其中先导孔54a的一端口设置在曲面相对于动铁芯53的最突出位置处，从而可保证更加集中的挤压密封。

作为上述实施例的优选，泄压装置包括位于第二副通道4出口端的扩口段，所述扩口段内设置有泄压阀杆41、复位弹簧42、导向套43和阀盖44，泄压阀杆41设置于导向套43以及因扩口段的存在而形成的台阶面之间，并在导向套43的限制下沿轴向移动，复位弹簧42套设于泄压阀杆41外围，一端与导向套43相抵，另一端通过对泄压阀杆41的挤压实现其与台阶面的贴合；扩口段内设置有连通外部的泄压孔。

在具体工作时，当来自第二副通道4的气体压力足够时，通过对泄压阀杆41的挤压可抵抗复位弹簧42的弹性力而将泄压阀杆41向导向套43的挤压，从而连通氢气瓶和扩口段内空间，通过气体自泄压孔的排出而起到降压的作用，当压力恢复正常时，可通过复位弹簧42的弹性力重新使得泄压阀杆41与台阶面贴合而完成第二副通道4的闭合。

为了增加泄压装置的功能性，导向套43和阀盖44之间设置有靠近导向套43的易熔合金45，以及靠近阀盖44的滤网46。当氢气温度达到易熔合金45的熔化温度时，合金将被熔化挤出第二副通道4，从而使得空间增大，使得复位弹簧42的挤压力变小，从而降低泄压阀杆41的推动压力而实现泄压以保证气瓶安全。通过上述优化技术方案，使得第二副通道4获得温度与压力的双重安全控制机构，通过易熔合金45的温度感知和复位弹簧42的压力感知有效的在温度和压力两方面实现了有效的控制。

主通道2的出气端设置有手动开关阀6，从而在在电磁控制阀5不能工作或密封结构损坏的情况下手动对手动开关阀6进行操作，可紧急关闭氢气瓶口阀主通道，以保护整个供氢系统安全。

在本发明中，传感单元31可选择温度传感器或/和压力传感器等，且通过电连接器32与控制系统连接。

在具体工作时，在直流电信号的控制下，实现电磁控制阀5在正常工作环境下的启闭动作，使气体在主通道2流通，实现汽车的供应需求和气体充装功能，在紧急情况下通过手动开关阀6实现主通道的启闭功能；第一副通道3内的传感单元31能够实时将监测到的气瓶内氢气温度或压力等并反馈到控制系统中，当温度或压力达到设定值时进行预警并打开电磁控制阀5泄压；同时，通过电连接器32实现高压下的内置电路与外部连接的对接；第二副通道4由安全阀和易熔合金组件组成，当瓶内压力高于设定值时，安全阀将打开，以保证气瓶安全，同时，当气瓶内温度高于设定温度时，易熔合金45熔化通道打开，实现瓶内压力排放，保证气瓶安全。

本发明中具有高度集成控制系统的内置车用车用高压氢气瓶口阀将电磁控制阀5、传感单元31、电连接器32、泄压装置等大部分功能部件设计在气瓶容器内，气瓶容器外部结构紧凑，实现了气瓶在汽车狭小空间工况下安装需求。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种车用高压氢气瓶口阀，其特征在于，包括主阀体（1）和控制系统；

所述主阀体（1）上设置有主通道（2）、第一副通道（3）和第二副通道（4）；所述主通道（2）内安装有电磁控制阀（5），所述电磁控制阀（5）在所述控制系统的控制下实现所述主通道（2）的启闭，其中，所述控制系统的控制信号至少来自于位于所述第一副通道（3）内的传感单元（31）；所述第二副通道（4）内设置有泄压装置，用于实现传感单元（31）检测结果超过设定值情况下气体的排放。

2.根据权利要求1所述的车用高压氢气瓶口阀，其特征在于，所述电磁控制阀（5）包括阀体（51）、静铁芯（52）、动铁芯（53）、阀芯（54）、铜套（55）和线圈组件（58）；

所述线圈组件（58）套设于所述铜套（55）上，并设置于所述阀体（51）内，所述控制系统对所述线圈组件（58）供电，从而为设置于所述铜套（55）内的动铁芯（53）提供磁力，使其获得靠近所述静铁芯（52）的磁力，所述静铁芯（52）和动铁芯（53）之间设置有弹簧（56），从而在断电状态下保持所述静铁芯（52）和动铁芯（53）的分离状态，并使所述阀芯（54）与所述主阀体（1）之间处于关闭状态；

所述阀芯（54）与所述阀体（51）之间设置有腔体（57），所述腔体（57）具有与氢气瓶内连通的进气端，以及依靠所述动铁芯（53）带动所述阀芯（54）移动而启闭的出气端。

3.根据权利要求2所述的车用高压氢气瓶口阀，其特征在于，所述动铁芯（53）带动所述阀芯（54）移动而启闭出气端，具体为，所述主通道（2）的进气端部设置有扩口段，所述扩口段的端部设置有与所述阀体（51）一端连接的内螺纹段，因所述扩口段的设置而在所述主通道（2）内形成台阶面，所述台阶面对所述阀芯（54）移动的极限位置进行限制，且通过所述限制实现所述腔体（57）的关闭。

4.根据权利要求2所述的车用高压氢气瓶口阀，其特征在于，所述阀芯（54）与所述动铁芯（53）通过挂钩结构连接。

5.根据权利要求4所述的车用高压氢气瓶口阀，其特征在于，所述挂钩结构存在间隙，所述阀芯（54）上设置有先导孔（54a），通过所述间隙的设置，在所述动铁芯（53）带动所述阀芯（54）完全开启所述出气端之前，通过所述先导孔（54a）允许气体流出，形成助力所述阀芯（54）开启的反射流。

6.根据权利要求5所述的车用高压氢气瓶口阀，其特征在于，所述挂钩结构包括位于所述动铁芯（53）端部的安装杆（53a），以及位于所述安装杆（53a）端部的凸台（53b），所述阀芯（54）端部设置有供所述凸台（53b）插入且对所述动铁芯（53）轴向进行限制的槽体；

所述先导孔（54a）的一开口端设置在所述槽体内与所述凸台（53b）相对的端面上。

7.根据权利要求6所述的车用高压氢气瓶口阀，其特征在于，所述阀芯（54）包括同轴设置的大阀芯（54c）和小阀芯（54b），二者的连接处设置有密封结构，所述先导孔（54a）与所述小阀芯（54b）同轴设置，所述槽体设置在所述大阀芯（54c）端部。

8.根据权利要求1~7任一项所述的车用高压氢气瓶口阀，其特征在于，所述泄压装置包括位于所述第二副通道（4）出口端的扩口段，所述扩口段内设置有泄压阀杆（41）、复位弹簧（42）、导向套（43）和阀盖（44），所述泄压阀杆（41）设置于所述导向套（43）以及因所述扩口段的存在而形成的台阶面之间，并在所述导向套（43）的限制下沿轴向移动，所述复位弹簧（42）套设于所述泄压阀杆（41）外围，一端与所述导向套（43）相抵，另一端通过对所述泄压阀杆（41）的挤压实现其与所述台阶面的贴合；

所述扩口段内设置有连通外部的泄压孔。

9.根据权利要求8所述的车用高压氢气瓶口阀，其特征在于，所述导向套（43）和阀盖（44）之间设置有靠近所述导向套（43）的易熔合金（45），以及靠近所述阀盖（44）的滤网（46）。

10.根据权利要求3所述的车用高压氢气瓶口阀，其特征在于，所述主通道（2）的出气端设置有手动开关阀（6）。