CN113251308A - 一种车载高压储氢瓶用组合阀喷嘴 - Google Patents

一种车载高压储氢瓶用组合阀喷嘴 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种车载高压储氢瓶用组合阀喷嘴。包括，第一喷嘴，螺旋型管状结构；第二喷嘴，螺旋型管状结构，第二喷嘴与第一喷嘴的出口方向相差175‑185度。双喷嘴加强了氢气在储氢瓶内的混合效果，使得高压氢气在储氢瓶内部有较小温升且快速达到温度均衡。能够改善高压氢气瓶快速充装时温升过高和不均匀的问题。

Description

一种车载高压储氢瓶用组合阀喷嘴
技术领域
本发明属于车载储氢瓶技术领域，具体涉及一种车载高压储氢瓶用组合阀喷嘴。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
氢燃料电池汽车是依靠氢燃料电池来驱动的一种汽车，利用氢作为燃料的动力方式，因此需要适合长期使用且安全性高的高压气态储氢装置。目前，高压气态储氢系统多采用碳纤维增强复合材料作为储氢气瓶的承压材料，以获得较轻的质量，但是由于碳纤维增强复合材料对温度的敏感性较高，快速充装过程结束时内部氢气的温度很可能超过85℃，可能造成碳纤维复合材料的失效，进而影响到车用储氢系统的安全。而且由于温升影响，充装完成时，如果气瓶内部氢气温度过高，储氢气瓶虽能达到充装目标压力，但其加注质量可能达不到额定值。目前，现有的技术大多针对于优化传统氢气瓶阀门内部通道布置，使其减少外接相应功能的阀体及元器件。现有通过调整其充气方向为45度和充气喷嘴与温度传感器的相对位置来降低误差，但充装后的瓶内温度分布仍不均匀且温升较大。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种高压储氢瓶用组合阀喷嘴。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
一种高压储氢瓶用组合阀喷嘴，包括，
第一喷嘴，螺旋型管状结构；
第二喷嘴，螺旋型管状结构，第二喷嘴与第一喷嘴结构相同，第二喷嘴与第一喷嘴的出口方向相差175-185度。
本发明设计了双喷嘴的结构，并且双喷嘴为螺旋形管状结构，所以气体进入后经过旋转沿着两个不同的方向喷出，使气体的喷入更加均匀。
本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：
本发明的高压储氢瓶用组合阀喷嘴采用双喷嘴结构，双喷嘴加强了氢气在储氢瓶内的混合效果，使得高压氢气在储氢瓶内部有较小温升且快速达到温度均衡。能够改善高压氢气瓶快速充装时温升过高和不均匀的问题。有利于进行车载使用，提高安全性。
本发明的高压储氢瓶用组合阀喷嘴相比于现有的充气效率更高。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为高压储氢瓶用组合阀喷嘴的结构图；
图2为高压储氢瓶用组合阀喷嘴的侧面结构图；
图3为竖直气体通道与喷嘴连接的结构图；
图4为双喷嘴模拟外壁面温度图；
图5为双喷嘴气瓶内部温升图；
图6为单喷嘴外壁面温度图；
图7为单喷嘴气瓶内部温升图；
其中，1、第一喷嘴，2、第二喷嘴，3、主阀体，4、连接柱，5、气体进口，6、竖直气体通道。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
一种高压储氢瓶用组合阀喷嘴，包括，
第一喷嘴，螺旋型管状结构；
第二喷嘴，螺旋型管状结构，第二喷嘴与第一喷嘴结构相同，第二喷嘴与第一喷嘴的出口方向相差175-185度。
在本发明的一些实施方式中，第二喷嘴与第一喷嘴的出口方向相差180度。
在本发明的一些实施方式中，第一喷嘴和第二喷嘴进气口到出气口螺旋的角度分别为80-95度。
在本发明的一些实施方式中，第一喷嘴和第二喷嘴的分别为向下倾斜的螺旋结构，出气口分别位于进气口的下方。
在本发明的一些实施方式中，倾斜的角度为30-60度；进一步为35-50度。
在本发明的一些实施方式中，第一喷嘴和第二喷嘴的出气口相对于水平方向，向下倾斜设置。
在本发明的一些实施方式中，还包括竖直气体通道，竖直气体通道分别与第一喷嘴和第二喷嘴的进气口连接。
在本发明的一些实施方式中，还包括主阀体、连接柱，主阀体的底部与连接柱连接，竖直气体通道设置在连接柱内，主阀体上设置气体进口，气体进口与竖直气体通道连接。
正如背景技术中所述，高压氢气瓶，在充装时，高压气体做功温度升高，如果是快速充装，温升过快，导致瓶内压力受热膨胀后进一步增大，导致气瓶更难于充气。如果气瓶不按照设计的工作压力进行充装，则压力过充还会引发危险性。
本发明中设计的双喷嘴结构，第一喷嘴1和第二喷嘴2，气体进入后，会向两个相反的方向进行喷出，彼此不影响，降低气压升高的速度。
喷嘴为螺旋型结构设计，气体在经过螺旋型结构的过程中，发生旋转，在喷出喷嘴后也会做旋转运动，使氢气在氢气瓶中旋转起来进而加强了换热，所以，温度升高较慢。
由于两个喷嘴分别喷向不同的方向，而且氢气做旋转运动，所以氢气在瓶内分布更为均匀，也有利于换热，降低温度。
所以本发明的组合阀喷嘴解决了高压储氢瓶快速充装时温升过高的问题；解决了高压储氢瓶快速充装时温升分布不均匀的问题；解决了高压储氢瓶快速充装时因温升而导致的未达到充装要求的问题。
本发明的组合阀喷嘴相比于现有的喷嘴，充气效率更高，因为氢气瓶内的气压升高更慢，所以氢气瓶的膨胀程度越低，所以更容易进行充气。而且两个喷嘴的设计结构和角度等，导致气体的分散性更好，所以更容易进行充气。
进一步，在一种实施方式中，第二喷嘴2与第一喷嘴1的出口方向相差180度。
第一喷嘴和第二喷嘴进气口到出气口螺旋的角度分别为80-95度，进一步，第一喷嘴1和第二喷嘴2螺旋的角度为90度。气体从顶部进入到氢气瓶，第一喷嘴和第二喷嘴螺旋的角度是90度，就将气体引到喷向氢气瓶的侧壁的方向，这样避免直接向氢气瓶底部喷射气体的温度升高过快的问题。
第一喷嘴1和第二喷嘴2的螺旋型结构分别向下倾斜。倾斜的角度为30-60度；进一步为35-50度。第一喷嘴和第二喷嘴斜向下喷射，这样可以将氢气往下引，加速引流气体，分散性更好。
第一喷嘴1和第二喷嘴2的出气口相对于水平方向，向下倾斜设置。出口伴随着喷嘴的倾斜而向下倾斜。有助于气体向水平和向下倾斜排出。
还包括竖直气体通道6，竖直气体通道6分别与第一喷嘴1和第二喷嘴2的进气口连接。竖直气体通道分别与第一喷嘴1、第二喷嘴2连接，使第一喷嘴和第二喷嘴的气体流速和流量相同，更加均匀。
还包括主阀体3、连接柱4，主阀体3的底部与连接柱连接，竖直气体通道6设置在连接柱4内，主阀体3上设置气体进口5，气体进口5与竖直气体通道连接。主阀体上设置气体进口，然后气体进入到竖直气体通道，再进入到氢气瓶中。
氢气瓶的充气过程中氢气的温升值和最高温度计算过程：
(1)获取加注要求、车载高压储氢瓶中氢气的初始状态参数及环境参数，包括mH2：储氢气瓶额定充装质量；PH2：储氢气瓶内初始压力；P：储氢气瓶额定充装压力；tamb：环境温度；tH2:储氢气瓶内氢气的温度；tH2，M：储氢气瓶内氢气的最高温度；Δt：氢气温升值；
(2)对于确定的加注时间T、储氢气瓶初始充装压力PH2及额定充装压力P，快充时产生的热量一定，氢气温升值Δt不随环境温度tamb的变化而变化。则根据已知充装过程，计算得氢气温升值Δt：Δt＝tH2-tamb
(3)充装效率需要按储氢瓶内温度达到最高计算，此时，快充结束后，储氢瓶内氢气的温度最高，为最危险情况。对应情况下，储氢瓶内能被接受的氢气最高温度tH2，M：
tH2，M＝Δt+tamb，M。
通过图4和图6，可以看到，本发明的喷嘴的储氢瓶的在充氢气过程中的静态温度，可以看到，本发明的两个喷嘴的储氢瓶的两端温差小于单喷嘴的储氢瓶两端的温差，单喷嘴的储氢瓶两端的温差较大。
如图5和图7所示:双喷嘴加强了氢气在储氢瓶内的混合效果，使得高压氢气在储氢瓶内部有较小温升且快速达到温度均衡。能够改善高压氢气瓶快速充装时温升过高和不均匀的问题。当储氢瓶内部和表面区域温差较大时,其储氢瓶包裹材料的热应力较高，易对包裹材料造成损伤。双喷嘴相对于单喷嘴使得储氢瓶壁面温升控制在85℃以下且温度均衡。防止储氢瓶包裹材料因温升过高受损。双喷嘴相对于单喷嘴可以在较短时间到达89％的充装率，具有更高的实用价值。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种车载高压储氢瓶用组合阀喷嘴，其特征在于：包括，
第一喷嘴，螺旋型管状结构；
第二喷嘴，螺旋型管状结构，第二喷嘴与第一喷嘴结构相同，第二喷嘴与第一喷嘴的出口方向相差175-185度。
2.如权利要求1所述的车载高压储氢瓶用组合阀喷嘴，其特征在于：第二喷嘴与第一喷嘴的出口方向相差180度。
3.如权利要求1所述的车载高压储氢瓶用组合阀喷嘴，其特征在于：第一喷嘴和第二喷嘴进气口到出气口螺旋的角度分别为80-95度。
4.如权利要求1所述的车载高压储氢瓶用组合阀喷嘴，其特征在于：第一喷嘴和第二喷嘴的分别为向下倾斜的螺旋结构，出气口分别位于进气口的下方。
5.如权利要求4所述的车载高压储氢瓶用组合阀喷嘴，其特征在于：倾斜的角度为30-60度。
6.如权利要求1所述的车载高压储氢瓶用组合阀喷嘴，其特征在于：第一喷嘴和第二喷嘴的出气口相对于水平方向，向下倾斜设置。
7.如权利要求1所述的车载高压储氢瓶用组合阀喷嘴，其特征在于：还包括竖直气体通道，竖直气体通道分别与第一喷嘴和第二喷嘴的进气口连接。
8.如权利要求1所述的车载高压储氢瓶用组合阀喷嘴，其特征在于：还包括主阀体、连接柱，主阀体的底部与连接柱连接，竖直气体通道设置在连接柱内，主阀体上设置气体进口，气体进口与竖直气体通道连接。
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