CN111692526A - 阀装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阀装置，该阀装置包括具有气体流路的本体(4)。当气体被装载时，第一流路位于相交部分的上游，并且第二流路位于相交部分的下游。气体流路具有止回阀机构和驱动机构。止回阀机构在气体被装载时打开阀并在气体装载完成时关闭阀，并且驱动机构在气体从箱排出时打开止回阀机构的阀并保持止回阀机构的阀的打开状态。止回阀机构包括阀座，并且该阀座布置在第一流路中。

Description

阀装置

技术领域

本发明涉及阀装置。

背景技术

已经提出了图2中所示的阀装置(以下称为第一示例)。安装在箱100中的本体部分110设置有作为入口的流路120。流路120经由流路125与箱100中的储存室连通，其中，流路125连接至流路120的端部从而限定相对于流路120的弯折部。

本体部分110还设置有流路135和作为出口的流路130，其中，流路135连接至流路130的端部从而限定相对于流路130的弯折部。在流路135中布置有螺线管阀140。当螺线管阀140打开时，流路135与储存室连通。当用气体填充储存室时，储存室被填充经由流路120供应的高压气体。当将储存室中的气体供应至外部燃料电池时，螺线管阀140打开，使得储存室中的气体经由流路135和流路130供应至燃料电池。

具有如日本未经审查专利申请公开No.2011-149502(JP 2011-149502 A)中描述的构型的阀装置(以下称为第二示例)也是已知的。在JP 2011-149502A中，安装在箱中的本体部分设置有通常用作入口和出口的流路以及连接至上述流路的端部从而限定相对于上述流路的弯折部的另一流路。布置在储存室中的螺线管阀连接至本体部分。当用气体填充储存室时，螺线管阀打开并且储存室被填充通过流路供应的高压气体。当将储存室中的气体供应至外部燃料电池时，螺线管阀打开，使得储存室中的气体经由流路供应至燃料电池。

第一示例和第二示例中的箱填充有例如氢气并且安装在燃料电池车辆上。

发明内容

在第一示例中，每次用气体填充储存室时，气体装载压力被施加于用作入口的流路120以及流路125。因此，流路120和流路125中的压力从0MPa增加至例如87.5MPa。也就是说，流路120与流路125之间的弯折部分a(参见图2)暴露于与气体装载的次数相同次数的压力波动，并且应力集中在弯折部分a处。这可能导致压力疲劳寿命的减少。然而，入口侧的压力波动发生的频率比出口侧的压力波动低——这将在之后进行描述，并因此可以被忽略。

在第一示例和第二示例的箱中，当螺线管阀关闭并且储存室中的压力例如为87.5MPa时，流路135和流路130中的压力也为87.5MPa。氢气可以在螺线管阀关闭的情况下在燃料电池侧被消耗。在此情况下，位于螺线管阀140的下游的流路130中的压力减小至0MPa。此外，当螺线管阀140在该状态下打开时，流路135和流路130中的压力从0MPa增加至87.5MPa。也就是说，流路135和流路130连接从而限定弯折部的弯折部分b在每次螺线管阀140打开以及关闭时暴露于压力波动。因此，应力集中在弯曲部分b处，这可能导致压力疲劳寿命的减少。

在第一示例中，如果入口和出口的流路被经常使用，则流路的弯折部分不仅在气体装载时而且在气体排出时暴露于压力波动，由此，压力疲劳寿命受到不利影响。

本发明提供一种阀装置，就压力疲劳寿命而言，该阀装置可以抑制在用气体来填充箱时以及当气体从箱排出时对本体的供气体流动的流路的不利影响。

根据本发明的一方面的阀装置包括本体。本体具有气体流路。气体流路允许箱的内部与外部之间的连通，并且构造成在气体被装载到箱中时以及在气体从箱排出时被共同地使用。气体流路包括第一流路、第二流路和相交部分，第一流路和第二流路在该相交部分中彼此相交。当气体被装载时，第一流路位于相交部分的上游，并且第二流路位于相交部分的下游。气体流路具有止回阀机构和驱动机构。止回阀机构构造成在气体装载时打开阀并且在气体装载完成时关闭阀，并且驱动机构构造成在气体从箱排出时打开止回阀机构的阀并保持止回阀机构的阀的打开状态。止回阀机构包括阀座，并且该阀座布置在第一流路中。

通过根据本发明的上述方面的阀装置，在箱的内部与止回阀机构之间的流路中，第一流路和第二流路在第一流路和第二流路彼此相交的部分处连接。该部分位于箱的内部与止回阀机构的阀座之间的位置处、即相对于流路的打开和关闭位置(阀座位置)更靠近于箱的内部的位置处。因此，该部分仅接受所谓的箱压力，并且该部分中的压力变化很小。

因此，每次气体装载和排出时由在第一流路和第二流路连接从而限定弯折部的位置处的压力波动造成的载荷很小。这就压力疲劳寿命而言抑制了对本体的供气体流动的流路的不利影响。

在根据本发明的上述方面的阀装置中，止回阀机构可以包括将阀座打开以及关闭的主阀。主阀可以包括先导室、先导通道、先导阀座和先导阀。先导通道可以构造成允许阀座的主阀孔与先导室之间的连通。先导阀座可以设置在先导通道与先导室之间。先导阀可以布置成在先导室中往复运动并且可以构造成将先导阀座打开以及关闭。先导阀可以接触先导阀座并且可以被迫压构件迫压。驱动机构可以构造成当气体从箱排出时在打开先导阀之后打开主阀。

通过根据本发明的上述方面的阀装置，当气体从箱排出时，驱动机构首先打开先导阀。这减小了流路中的在相对于阀座更靠近于箱的位置处的压力与流路中的在阀座的与箱侧相反的侧部的位置处的压力之间的压力差。驱动机构然后打开主阀。因此，驱动机构的驱动主阀的驱动力可以减小。这消除了使驱动机构的尺寸变大以获得用于打开主阀的驱动力的需要。换言之，阀装置的尺寸可以减小。

在根据本发明的上述方面的阀装置中，箱可以是燃料箱，并且气体可以是用作燃料的气体。通过根据本发明的上述方面的阀装置，上述操作在设置在燃料箱中的阀装置中容易地实现。

在根据本发明的上述方面的阀装置中，燃料箱可以安装在车辆上。通过根据本发明的上述方面的阀装置，特别是在设置在装载于车辆上的燃料箱中的阀装置中，阀在车辆起动时并且根据节流阀打开程度通过驱动机构被频繁地打开。同样地，在此情况下，可以就压力疲劳寿命而言抑制对本体的供气体流动的流路的不利影响。

通过本发明的上述方面的阀装置，可以就压力疲劳寿命而言抑制在用气体来填充箱时以及当气体从箱排出时对本体的供气体流动的流路的不利影响。

附图说明

下面将参照附图来描述本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且在附图中：

图1是根据本发明的第一实施方式的阀装置的示意性说明图；

图2是第一示例的阀装置的示意性说明图；

图3是根据第一实施方式的阀装置的截面图；

图4是根据第一实施方式的阀装置的另一截面图；

图5是根据第一实施方式的阀装置的又一截面图；

图6是根据第二实施方式的阀装置的截面图；以及

图7是根据第二实施方式的阀装置的另一截面图。

具体实施方式

在下文中，将参照图1以及图3至图5对根据实现本发明的第一实施方式的阀装置进行描述。图1以及图3至图5中所示的阀装置1具有安装在箱2的安装端口3中的本体4，在箱2中储存有高压(例如87.5MPa)氢气。箱2构造成安装在车辆上。阀装置1包括主阀36、先导阀43、螺线管47等。阀装置1的本体4由铝合金制成，并且经由接头6连接至通常用作入口和出口的管5。管5连接至填充管8和供应管10，填充管8连接至气体站7，其中，气体站7是氢气的供应源，供应管10将氢气供应至燃料电池9。

用于将从箱2供应的氢气的压力减小至预定压力的减压阀11连接至供应管10，并且具有减小的压力的氢气被供应至燃料电池9。燃料电池9安装在车辆上，并且利用由燃料电池9产生的动力使车辆行驶。

如图3中所示，本体4具有本体部分12和安装部分13，本体部分12布置在箱2外侧，安装部分13插入在安装端口3中并固定至安装端口3。安装部分13具有在图3中向下延伸的筒形形状。

在本体部分12的侧部部分中设置有阶梯状安装孔14，阶梯状安装孔14具有大直径部分15和小直径部分16。在大直径部分15上设置有内螺纹，并且接头6通过被旋拧至内螺纹而固定地安装在大直径部分15中。阀座17配装至小直径部分16。通道18沿接头6的轴向方向延伸穿过接头6的中心。通道18连接至管5从而与图1中所示的管5连通。阀座17具有环形形状，并由可弹性变形的硬质树脂比如聚酰亚胺树脂制成，并且具有截面为环形的主阀孔19。主阀孔19与通道18同轴地布置并且具有与通道18相同的直径。在小直径部分16中安装有与接头6和阀座17紧密接触的密封构件20比如O形环。

在本体部分12的与阶梯状安装孔14以180度相反的那侧的侧部表面上设置有用于安装螺线管阀的阶梯状安装孔21。阶梯状安装孔21从螺线管阀的安装端口侧至内侧依次具有大直径部分22和小直径部分23。在小直径部分23的内周向表面的一部分上设置有内部螺纹。在阶梯状安装孔21中固定地安装有螺线管阀30。

如图3中所示，螺线管阀30的壳体31具有带底的筒状形状，并且具有小直径部分32、中直径部分33和大直径部分34。壳体31通过设置在小直径部分32的外周向表面的一部分上的外部螺纹被旋拧至小直径部分23的内部螺纹而固定至本体部分12。中直径部分33配装至阶梯状安装孔21的大直径部分22，并且在中直径部分33的外周向表面上安装有与大直径部分22的内周向表面紧密接触的密封构件33a——比如O形环。壳体31的大直径部分34布置成从本体4向外突出，并且大直径部分34的位于中直径部分33侧的端表面与本体4的侧表面接触。阀座17安插并固定在壳体31的小直径部分32的端表面与接头6的内端表面之间。滑动孔35沿壳体31的轴向方向延伸穿过壳体31的中心。滑动孔35与通道18同轴地布置并且在阀座17侧是敞开的。阀座17的座部分25配装至滑动孔35的开口。

主阀36布置在滑动孔35中从而能够沿滑动孔35的轴向方向滑动。也就是说，主阀36可以在关闭的阀位置(参见图3)与打开的阀位置(参见图5)之间往复运动。在关闭的阀位置中，主阀36接触阀座17的座部分25以关闭主阀孔19。在打开的阀位置中，主阀36远离座部分25布置以打开主阀孔19。主阀36具有筒形形状。在滑动孔35中，在打开的阀位置下的主阀36与阀座17之间的空间被限定为阀室24。阀室24通过设置在小直径部分32和安装部分13中的通道26而与箱2的储存室连通。

在主阀36的基部端部处设置有先导室37。先导室37的内径比通道26的内径大。先导通道38从主阀36的远端端部延伸穿过主阀36以便与先导室37连通。先导通道38的截面面积小于通道18的截面面积。

先导阀座39配装至先导通道38的邻近于先导室37的敞开端部的内表面。先导阀座39具有环形形状，并由可弹性变形的硬质树脂比如聚酰亚胺树脂制成，并且具有截面呈环形的先导阀孔40。先导室37经由先导阀孔40与先导通道38连通。先导室37具有连通孔41并且经由该连通孔41与滑动孔35连通，其中，连通孔41位于主阀36的侧壁的定位成较接近于先导阀座39的部分中。先导室37在面向随后描述的柱塞48的端壁中具有通孔(未示出)，并且先导室37经由通孔与位于端壁与柱塞48之间的空间P连通。

在主阀36的外周向表面上，与连通孔41连通的多个连通槽42设置成沿轴向方向延伸。在本实施方式中，连通槽42以与彼此相等的间距布置，但是连通槽42不必以相等的间距布置，并且布置连通槽42的间距是不受限制的。连通槽42的数量可以是一个。阀室24可以经由连通槽42和连通孔41与先导室37连通。

阀支承件44布置在先导室37中以便能够沿轴向方向往复地运动。阀支承件44具有阶梯状筒形形状，并支承先导阀43，并且具有大直径部分45和小直径部分46。大直径部分45能够在先导室37中滑动。小直径部分46向外突出并且能够相对于先导室37的端壁滑动。利用阀支承件44的往复运动，先导阀43接触先导阀座39以及远离先导阀座39移动，由此，先导阀43可以被关闭及打开。

在壳体31的大直径部分34中设置有储存室27。在储存室27中设置有螺线管47。螺线管47产生用于打开主阀36和先导阀43的驱动力，并包括柱塞48、固定芯49、电磁线圈50等。

柱塞48由磁性材料制成，并且具有沿轴向方向以杆状形状延伸的大致筒形形状。柱塞48布置在滑动孔35中从以便能够沿轴向方向相对于滑动孔35滑动，并且柱塞48一体地连接至阀支承件44的小直径部分46。柱塞48、先导阀43和主阀36布置成与彼此同轴。

布置在储存室27中的固定芯49由磁性材料制成并且固定至储存室27的底部部分。固定芯49具有大致筒形形状，并且布置成面向柱塞48的基部端部以便与柱塞48同轴。电磁线圈50由围绕线轴(未示出)卷绕的线圈构成，并且布置成环绕柱塞48和固定芯49。

用作迫压构件的螺旋弹簧51布置成使得螺旋弹簧51的一个端部与柱塞48的基部端部接触并且另一端部与固定芯49接触。该螺旋弹簧构造成推压柱塞48以关闭先导阀43，并且在该状态下将主阀36朝向阀座17迫压。螺旋弹簧51的迫压力设定成：当用气体来填充箱2时、即当从通道18施加用于装载氢气的气体压力时，将主阀36打开，并且当从通道18的气体装载完成且不再施加用于装载氢气的气体压力时，将主阀36关闭。

在本实施方式中，止回阀机构由阀座17、主阀36、先导通道38、先导阀43和螺旋弹簧51(迫压构件)构成。螺线管47可以被视为驱动机构。

如图3中所示，在本实施方式中，用作气体流路的第一流路28包括通道18、主阀孔19和阀室24的一部分。也就是说，阀室24的位于主阀孔19的延长线上的部分被包括在第一流路28中。

用作气体流路的第二流路29包括通道26和阀室24的一部分。也就是说，阀室24的位于通道26的延长线上的部分被包括在第二流路29中。阀室24可以视为部分A，第一流路28和第二流路29在部分A中彼此相交。尽管部分A在图3中似乎位于先导通道38中，但是部分A指示与流路28、29的延伸的中心线的交点相对应的空间中的点。

第一实施方式的操作

将参照图1以及图3至图5对如上文描述的那样构造的阀装置1的操作进行描述。

图3示出了其中阀装置1的主阀36和先导阀43两者被关闭的状态。即，在螺旋弹簧51的迫压力推压柱塞48的情况下，先导阀43被关闭并且主阀36被关闭。

在此，参考标记P2表示箱2的储存室中的压力，参考标记P3表示由主阀36的端壁和柱塞48环绕的空间P中的压力，并且参考标记P1表示通道18中的压力。在图3中，建立了P1＜P2。在该状态下，由主阀36的端壁和柱塞48包围的空间P经由连通槽42和阀室24与通道26连通。因此，建立了P3＝P2(空间P中的压力＝箱2的储存室中的压力)。

因此，在该状态下，先导阀43利用螺旋弹簧51的迫压力抵抗先导通道38(通道18)中的压力P1而关闭。主阀孔19的截面面积S1小于主阀36的面向柱塞48的端表面的面积S3。主阀36利用由该面积差产生的压力和螺旋弹簧51的迫压力而关闭。

如图4中所示，当装载氢气时，氢气从通道18供应，并且压力P1使主阀36和先导阀43抵抗螺旋弹簧51的迫压力而向右移动且同时维持图3中所示的关系。由此，主阀孔19打开。在主阀孔19打开的情况下，氢气通经由第二流路29储存在箱2的储存室中。当氢气装载完成时，先导阀43利用螺旋弹簧51的迫压力关闭。

当箱2的储存室中的氢气排出至燃料电池9时，电磁线圈50被激励。通过该激励，柱塞48抵抗螺旋弹簧51的迫压力而打开阀支承件44，由此使先导阀43远离先导阀座39移动。此后，阀支承件44的大直径部分45与主阀36的端壁接合，由此打开主阀36(参见图5)。因此，氢气从箱2的储存室经由通道26、阀室24、主阀孔19、通道18等供应至燃料电池9。当电磁线圈50被去磁时，主阀36和先导阀43恢复至图3中所示的状态并且主阀36和先导阀43两者利用螺旋弹簧51的迫压力等而关闭。

本实施方式具有以下特征：

(1)本实施方式的阀装置1具有包括气体流路的本体4，该气体流路允许箱2的内部与外部之间的连通并且通常在将气体装载到箱2中时以及在将气体从箱2排出时使用。该气体流路具有第一流路28、第二流路29和供上述两个流路彼此相交的部分A、即阀室24。当装载气体时，第一流路28位于阀室24(相交部分A)的上游，并且第二流路29位于阀室24(相交部分A)的下游。气体流路包括止回阀机构以及螺线管47(驱动机构)，其中，止回阀机构在气体被装载时打开阀并在气体装载完成时关闭阀，螺线管47在气体从箱2排出时打开止回阀机构的阀并保持所述阀的打开状态。此外，包括在止回阀机构中的阀座17布置在第一流路28中。

根据上述构型，第一流路28和第二流路29在阀室24(相交部分A)中连接至彼此。阀室24位于箱2的内部与止回阀机构的阀座17之间。也就是说，由于阀室24相对于流路的打开和关闭位置(阀座位置)更靠近于箱的内部，因而阀室24仅接受所谓的箱压力，并且阀室24中的压力变化很小。因此，每次气体装载和排出时由在第一流路28和第二流路29连接从而限定弯折部的位置处的压力波动造成的载荷很小。这就压力疲劳寿命而言抑制了对本体4的供气体流动的流路的不利影响。

气体排出的次数通常大于气体装载的次数。因此，特别地通过从承受高载荷的出口路径与螺线管阀的密封件(阀座)之间的路径除去弯折部分而在就压力疲劳寿命而言抑制对本体4的供气体流动的流路的不利影响方面具有很大的优点。

另外，由于出口和入口的接头没有集中地布置在本体4的安装端部部分上，所以接头基部的尺寸减小，即，用于安装接头的安装端部部分的尺寸减小。因此，具有可以减小阀装置的尺寸的优点。这也使得可以降低阀装置1的成本。

(2)在本实施方式中，止回阀机构具有将阀座17打开以及关闭的主阀36。主阀36包括先导室37、先导通道38、先导阀座39以及先导阀43，其中，先导通道38将阀座17的主阀孔19与先导室37连接，先导阀座39设置在先导通道38与先导室37之间，先导阀43设置在先导室37中以便能够往复地移动并且先导阀43将先导阀座39打开以及关闭。先导阀43由螺旋弹簧51(迫压构件)迫压成使先导阀43接触先导阀座39。当气体从箱2排出时，螺线管阀47(驱动机构)打开先导阀43并随后打开主阀36。

因此，根据本实施方式，当气体从箱2排出时，螺线管47(驱动机构)首先打开先导阀43。这减小了流路中的在相对于阀座17更靠近于箱的位置处的压力与流路中的在阀座17的与箱侧相反的侧部的位置处的压力之间的压力差。此后，螺线管47(驱动机构)打开主阀36。因此，螺线管47(驱动机构)的驱动主阀36的驱动力可以减小。这消除了使驱动机构的尺寸变大以获得用于打开主阀36的驱动力的需要。换言之，阀装置1的尺寸可以减小。

(3)在本实施方式中，箱2是燃料箱，并且气体是用作燃料的气体。因此，在设置在燃料箱中的阀装置1中，可以容易地实现上述操作(1)和(2)。

(4)在本实施方式中，箱2安装在车辆上。因此，根据本实施方式，特别是在设置在安装于车辆上的燃料箱中的阀装置1中，阀在车辆起动时并且根据节流阀打开程度通过驱动机构被频繁地打开。同样地，在此情况下，可以就压力疲劳寿命而言抑制对本体的供气体流动的流路的不利影响。

第二实施方式

接下来，将参照图6和图7对根据第二实施方式的阀装置1进行描述。在本实施方式中，将对与第一实施方式的构型不同的构型进行描述。相同的构型将由相同的附图标记表示，并且将省略对相同的构型的详细描述。

本实施方式的阀装置1与第一实施方式的阀装置1的不同之处在于不包括先导通道38、先导阀座39、先导阀孔40、连通孔41、连通槽42、先导阀43和阀支承件44。另外，柱塞48和主阀36一体地连接并固定至彼此。本实施方式的止回阀机构由阀座17、主阀36、柱塞48和螺旋弹簧51构成。

第二实施方式的操作

将对如上文描述的那样构造的阀装置1的操作进行描述。图6示出了阀装置1的主阀36关闭的状态。也就是说，螺旋弹簧51的迫压力推压柱塞48以关闭主阀36。

当装载氢气时，如图7中所示，氢气从通道18供应，并且由氢气的供应而引起的压力抵抗螺旋弹簧51的迫压力而将主阀36打开。在主阀36打开的情况下，氢气经由阀室24和通道26储存在箱2的储存室中。当氢气的装载停止时，主阀36通过螺旋弹簧51的迫压力而关闭。

当箱2的储存室中的氢气排出至燃料电池9时，电磁线圈50被激励。通过该激励，柱塞48抵抗螺旋弹簧51的迫压力而使主阀36远离阀座17移动。因此，氢气从箱2的储存室经由通道26、阀室24、主阀孔19、通道18等供应至燃料电池9。

当电磁线圈50被去磁时，主阀36恢复至图6中所示的状态且利用螺旋弹簧51的迫压力而关闭。具有上述构型的本实施方式的阀装置1也可以容易地实现与第一实施方式中的(1)、(3)以及(4)的功能和效果相同的功能和效果。

本发明不限于以上实施方式并且可以被修改如下。

在上文描述的实施方式中，氢气被描述为流体。然而，不言自明的是，可以应用除氢气以外的流体(例如，甲烷气体、丙烷气体和LPG气体)、液体燃料、气液混合物。当使用天然气作为流体时，本发明可以应用于压缩天然气(CNG)车辆用的燃料箱。

在上文描述的实施方式中，螺线管47用作驱动机构，但是驱动机构不限于螺线管。例如，马达的正向/反向旋转可以经由线性往复转换机构转换成往复运动以驱动主阀。

Claims (4)

1.一种阀装置，其特征在于，包括本体(4)，所述本体(4)具有气体流路，其中：

所述气体流路构造成允许箱的内部与外部之间的连通，并且构造成在气体被装载到所述箱中时以及在所述气体从所述箱排出时共同使用；

所述气体流路具有第一流路、第二流路和相交部分，所述第一流路和所述第二流路在所述相交部分中彼此相交，并且当所述气体被装载时，所述第一流路位于所述相交部分的上游，并且所述第二流路位于所述相交部分的下游；

所述气体流路具有止回阀机构和驱动机构，所述止回阀机构构造成在所述气体被装载时打开阀并且并在所述气体的装载完成时关闭所述阀，并且所述驱动机构构造成在所述气体从所述箱排出时打开所述止回阀机构的所述阀并保持所述止回阀机构的所述阀的打开状态；并且

所述止回阀机构包括阀座，所述阀座布置在所述第一流路中。

2.根据权利要求1所述的阀装置，其特征在于：

所述止回阀机构具有将所述阀座打开以及关闭的主阀；

所述主阀包括先导室、先导通道、先导阀座以及先导阀，所述先导通道构造成允许所述阀座的主阀孔与所述先导室之间的连通，所述先导阀座设置在所述先导通道与所述先导室之间，所述先导阀布置成在所述先导室中往复运动并且构造成将所述先导阀座打开以及关闭，并且所述先导阀接触所述先导阀座并被迫压构件迫压；并且

所述驱动机构构造成在所述气体从所述箱排出时打开所述先导阀并随后打开所述主阀。

3.根据权利要求2所述的阀装置，其特征在于，所述箱为燃料箱，并且所述气体为用作燃料的气体。

4.根据权利要求3所述的阀装置，其特征在于，所述燃料箱构造成安装在车辆上。

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