CN114517845A - 一种适用于70MPa工作压力的组合阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于70MPa工作压力的组合阀，连接于氢气瓶和氢燃料电池电堆间，包括：阀体，阀体上具有阀体入口、阀体出口和泄放口；沿所述阀体入口至所述阀体出口，所述阀体内的流体通道上依次布置有第一级减压阀、第二级减压阀；沿所述第二级减压阀的出口至所述泄放口，所述阀体内的流体通道上布置有截止阀和安全阀，所述安全阀集成于所述截止阀内，所述安全阀套置于所述截止阀的阀杆上。本发明可以满足70MPa的工作压力，将安全阀集成于截止阀内，既不增加阀体的体积，又可以对过压气体进行泄压，以保障气瓶的安全。

Description

一种适用于70MPa工作压力的组合阀
技术领域
本发明涉及一种阀门，具体为一种应用于供氢系统中可以满足70MPa工作压力的组合阀。
背景技术
随着汽车行业日益壮大，车辆品种越来越来多，其中电动汽车领域的发展尤为迅猛。作为电动汽车领域中的较为核心技术领域，采用氢气作为燃料电池的电动汽车逐渐成为一个主要的技术发展和市场拓展方向。
不同于传统能源汽车或者纯锂电池充电汽车，氢燃料电池电动汽车的供氢系统连接具有一定压力的氢气气源和燃料电池的电堆系统，其具有较为复杂的结构、较高的安全要求的技术特点，因此现有技术的供氢系统中采用多个零部件分散连接，其结构较为复杂，占用的空间较大，氢气进出管的安装也非常不便，另外调压的响应时间长，可靠性较低。
另外，为了保障气瓶的安全需要布置泄压装置，但这会增加组合阀的体积和重量，不能满足组合阀轻量化的需求，同时现有技术还需要提升组合阀的调节稳压性能，以满足不同环境压力下的工作需求。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明提供了一种适用于70MPa工作压力的组合阀，应用于供氢系统中，可以满足0～70MPa工作压力，集成了截止阀、安全阀和两级减压系统，可以对减压后的输出气体进行泄压，避免输出的氢气压力过高，造成氢燃料电池的效率低下。
为了实现上述目的，本发明提供了一种适用于70MPa工作压力的组合阀，连接于氢气瓶和氢燃料电池电堆间，包括：
阀体，阀体上具有阀体入口、阀体出口和泄放口；
沿所述阀体入口至所述阀体出口，所述阀体内的流体通道上依次布置有第一级减压阀、第二级减压阀；
沿所述第二级减压阀的出口至所述泄放口，所述阀体内的流体通道上布置有截止阀和安全阀，所述安全阀集成于所述截止阀内。
作为进一步的改进，所述阀体入口处的阀体上连接有高压接头，所述阀体入口处的阀体内布置有过滤器。
作为进一步的改进，所述第一级减压阀的轴线与所述第二级减压阀的轴线平行布置，可以减少组合阀垂直向的空间。
作为进一步的改进，所述第二级减压阀采用动态的负反馈减压方式，在所述第二级减压阀的入口两侧，所述第二级减压阀内具有沿其轴线布置的第二级副弹簧和第二级调节弹簧；在所述第二级减压阀的出口两侧，所述第二级减压阀内沿其轴线分别布置有第二级阀芯组件和第二级减压阀活塞，所述第二级阀芯组件抵靠于第二级减压阀阀座上且封堵于所述第二级减压阀阀座的流体通道上，所述第二级减压阀活塞经第二级调节弹簧向所述第二级减压阀的出口偏置，且所述第二级减压阀活塞上布置有与所述第二级阀芯组件相抵靠的顶杆。
作为进一步的改进，所述阀体内具有一泄放通道，所述泄放通道内布置有截止阀，所述截止阀位于所述第二级减压阀的下游。
作为进一步的改进，所述截止阀，包括沿其轴线顺序布置的截止阀阀杆和截止阀顶盖，所述截止阀阀杆前端穿过所述截止阀顶盖封堵于所述泄压通道上，所述截止阀阀杆后端限位于所述截止阀顶盖内，所述截止阀阀杆上套置有一安全阀，所述安全阀限位布置于截止阀入口与所述截止阀顶盖之间。
作为进一步的改进，所述安全阀包括顺序套置于截止阀阀杆上的压盖、安全阀弹簧、安全阀顶盖，所述截止阀阀杆延伸至所述安全阀顶盖外。
作为进一步的改进，所述截止阀阀杆穿过所述截止阀顶盖、安全阀顶盖并可以沿所述截止阀的轴线移动，实现安全阀的启闭。
作为进一步的改进，所述截止阀顶盖的中心有一沿截止阀轴线延伸的凹槽，截止阀阀杆后端连接一螺钉，所述截止阀阀杆通过其后端的螺钉限位于所述凹槽内。
作为进一步的改进，所述阀体内的流体通道，其内径为6mm，可以适应更大流量的输氢需求。
本发明可以满足70MPa的工作压力，将安全阀集成于截止阀内，既不增加阀体的体积，又可以对过压气体进行泄压，保障气瓶的安全。
附图说明
为使本发明的内容更容易被理解，下面结合附图和实施例对本发明作进一步示例性说明。
图1为本发明一实施例结构示意图。
图2为图1中A-A剖面示意图。
图3为图1中B-B剖面示意图。
图4为本发明一实施例所示的气路原理示意图。
图中：1-高压接头，2-过滤器，3-过滤器垫片，4-第一级减压阀阀座，5-第一级减压阀弹簧，6-第一级阀芯组件，7-第一级阀芯支撑件，8-第一级阀密封件，9-第二级减压阀阀座，10-第二级阀芯组件，11-第二级副弹簧支撑，12-第二级副弹簧，13-第二级副弹簧垫片，14-第二级副弹簧端盖，15-顶杆，16-第二级阀盖衬套，17-顶杆衬套，18-第二级减压阀活塞，19-第二级阀调节端盖，20-第二级调节弹簧，21-第二级调节弹簧垫片，22-第二级调节弹簧支撑，23-安全阀密封件，24-安全阀压盖，25-截止阀阀杆，26-安全阀弹簧垫片，27-安全阀顶盖，28-截止阀顶盖，29-截止阀垫片，30-螺钉，31-密封挡圈，32-安全阀弹簧，33-泄压接头，34-出口接头，35-阀体，100-第一级减压阀，200-第二级减压阀，300-截止阀，400-安全阀。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，术语“前端”、“后端”、“尾端”、“上端面”、“前端面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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部件或部分必须具有特定的方位、以特定的方位构造，因此不能理解为对本发明的限制，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。
如图1-3所示的一种适用于70MPa工作压力的组合阀，包括：
阀体35，阀体35外具有阀体入口、阀体出口和泄放口；
沿所述阀体入口至所述阀体出口，所述阀体35内的流体通道上依次布置有第一级减压阀100、第二级减压阀200；
沿所述第二级减压阀200的出口至所述泄放口，所述阀体35内的流体通道上布置有截止阀300和安全阀400，所述安全阀400集成于所述截止阀300内。
作为实施例，所述阀体入口处的阀体35上连接有高压接头1，所述阀体入口处的阀体35内布置有过滤器2，在部分实施例中，所述过滤器2前端与所述阀体35间布置有过滤器垫片3。
作为实施例，所述泄放口和所述阀体出口处的阀体外分别连接有泄压接头33和出口接头34，通过出口接头34可以快速的进行管路连接，通过泄压接头33可以将泄放的气体通过管路回收。
作为实施例，在第二级减压阀200的下游有一布置有压力传感器的流体通道，优选地，所述压力传感器连通至所述阀体出口附近的流体通道。
作为实施例，所述第一级减压阀100的轴线与所述第二级减压阀200的轴线平行布置，可以减少组合阀垂直向的空间。
作为实施例，所述第一级减压阀100为预减压，将气瓶内的氢气进行初步降压为第二次减压作准备，第一级减压阀的结构可采用较为简单的结构，降低成本。例如图2所示，所述第一级减压阀100包括沿其轴线顺序布置的第一级减压阀阀座4、第一级阀芯组件6，所述第一级阀芯组件6上套置有第一级减压阀弹簧5，所述第一级阀芯组件6外置有第一级阀芯支撑件7，所述第一级阀芯组件6的尾端于阀体35内布置有第一级阀密封件8。
作为进一步的改进，所述第一级阀芯组件6采用金属材质制成，并将流体通道的内径增大，使第一级减压阀能在满足70MPa承压的同时，可以灵敏活动，再通过增大第一级阀芯组件的敏感面积差，将流入第一级减压阀100的高压减压至20MPa左右，流入第二级减压阀200。
作为实施例，所述第二级减压阀200采用动态的负反馈减压结构，在所述第二级减压阀200的入口两侧，所述第二级减压阀200内具有沿其轴线布置的第二级副弹簧12和第二级调节弹簧20；在所述第二级减压阀200的出口两侧，所述第二级减压阀200内沿其轴线分别布置有第二级阀芯组件10和第二级减压阀活塞18，所述第二级阀芯组件10抵靠于第二级减压阀阀座9上且封堵于所述第二级减压阀阀座9的流体通道上，所述第二级减压阀活塞18经第二级调节弹簧20向所述第二级减压阀200的出口偏置，且所述第二级减压阀活塞18上布置有与所述第二级阀芯组件10相抵靠的顶杆15。
作为实施例，所述第二级副弹簧12的前端与所述第二级阀芯组件10间布置有第二级副弹簧支撑11，所述第二级副弹簧12的后端与第二级副弹簧端盖14间布置有第二级副弹簧垫片13，所述第二级副弹簧端盖14前端内套置有第二级阀盖衬套16，且所述第二级阀盖衬套16置于所述第二级阀芯组件10外。
作为实施例，所述第二级减压阀活塞18的前端面上于所述顶杆15外套置有顶杆衬套17，所述顶杆衬套17仅套置于所述顶杆15的后段。
作为实施例，沿所述第二级减压阀轴线，第二级副弹簧端盖14、第二级副弹簧12、所述第二级阀芯组件10、所述第二级减压阀阀座9、顶杆15、所述第二级减压阀活塞18和所述第二级调节弹簧20顺序布置。
其中，所述第二级减压阀活塞18一端套接于第二级阀调节端盖19内，所述第二级调节弹簧20一端抵靠于所述第二级阀调节端盖19上，第二级阀调节端盖19与所述阀体35间布置有密封圈。
作为实施例，所述第二级调节弹簧20的前端布置有第二级调节弹簧垫片21，其后端抵接有布置于所述第二级阀调节端盖19上的第二级调节弹簧支撑22。
当经第一级减压阀100流出的氢气进入第二级减压阀200后，第二级减压阀出口的压力作用在所述第二级减压阀活塞18上，以产生一个向下的压力，当压力大于第二级调节弹簧与第二级副弹簧的弹簧力合力时，所述第二级减压阀活塞18带动所述顶杆15向下运动，同时所述第二级阀芯组件10也向下运动，所述第二级阀芯组件10与第二级减压阀阀座9之间的开度减少，上游气体经两缝隙产生的节流增大，下游的压力也会降低，进而导致压力降低。当压力和两组弹簧力合力达到平衡时，所述第二级阀芯组件10将处于受力平衡状态，此时下游压力为第二级减压阀的输出压力。
当下游锁闭，下游压力上升，气压力增大，所述第二级阀芯组件10继续向下运动，当所述第二级阀芯组件10与第二级减压阀阀座9接触后，所述第二级阀芯组件10通过第二级副弹簧12的弹簧力与第二级减压阀阀座9的密封面紧密贴合，达到密封的效果，而此时下游压力不再上升，气压力与调节弹簧力平衡。
作为实施例，所述阀体35内具有一泄放通道，所述泄放通道内布置有截止阀300，所述截止阀300位于所述第二级减压阀200的下游。
作为实施例，所述截止阀，包括沿其轴线顺序布置的截止阀阀杆25和截止阀顶盖28，所述截止阀阀杆25前端封堵于所述泄压通道上，所述截止阀阀杆25后端延伸穿过所述截止阀顶盖28，且所述截止阀阀杆25后端连接有螺钉30，所述截止阀顶盖28对所述螺钉30进行限位，所述截止阀阀杆25上套置有一安全阀400，所述安全阀400限位布置于截止阀入口与所述截止阀顶盖28之间。
作为实施例，所述截止阀阀杆25后端的限位也可以不采用螺钉30，而是通过对截止阀阀杆25的形状改变而改变，使截止阀阀杆25的后端可以限位于所述截止阀顶盖28内，例如在截止阀阀杆25后端部外圆周形成一个凸圈，或者仅将所述截止阀阀杆25后端部的直径大于所述截止阀顶盖28中心处的通孔的直径即可，截止阀阀杆其他部分的直径以便于穿过通孔为宜。所述截止阀顶盖28对截止阀阀杆25限位的方式可以有不同的方式，在此不再举例，只需截止阀阀杆25移动过程中，截止阀阀杆25的后端能够限位于所述截止阀顶盖28内即可。
作为实施例，所述截止阀阀杆25可以沿所述截止阀300的轴线移动，所述截止阀顶盖28的中心有一沿截止阀轴线延伸的凹槽(图中未标示)和一接纳所述安全阀顶盖27的凹腔(图中未标示)，所述凹槽与凹腔通过截止阀顶盖28中心处的通孔连通，所述截止阀阀杆25穿过所述通孔延伸至所述安全阀内，所述凹槽的底部径向于所述通孔的外侧有一圈限位所述螺钉30的挡圈，所述截止阀阀杆25的后端通过螺钉30限位于所述截止阀顶盖28中心的凹槽内，所述截止阀阀杆25后端套置有截止阀垫片29，所述截止阀300中心处的凹槽内布置有密封挡圈31，防止泄压通道泄漏。
作为实施例，所述截止阀300与所述阀体35间设置有至少一圈密封挡圈31。
作为实施例，所述截止阀阀杆25上端面与所述阀体35间布置有至少一圈安全阀密封件23，所述安全阀压盖24对所述安全阀密封件23进行限位。
当需要手动泄放气瓶内的氢气时，手动旋转所述截止阀顶盖28带动所述螺钉30移动，使所述截止阀阀杆25移动并压缩所述安全阀弹簧32，所述截止阀阀杆25从泄放通道上移开，使气体经泄放口释放排出。例如在需要快速释放氢气的情况下，或者需要确保气瓶内气体的纯度而进行气体置换时，都可以通过截止阀的开启或反复启闭操作来实现。
作为实施例，所述安全阀包括安全阀压盖24和顺序套置于所述截止阀阀杆25上的安全阀弹簧32、安全阀顶盖27，所述截止阀阀杆25延伸至所述安全阀顶盖27外，在一些实施例中，于所述安全阀弹簧32和安全阀顶盖27间所述截止阀阀杆25上还套置有安全阀弹簧垫片26。
作为实施例，所述安全阀包括安全阀弹簧32，安全阀弹簧32套置于所述截止阀阀杆25上，所述安全阀弹簧32限位于所述截止阀阀杆25上。所述安全阀与所述截止阀处于同一轴线方向上。
当第二级减压阀200出口的气体压力超过所述安全阀弹簧32的弹簧力时，进入安全阀400的气体使所述安全阀弹簧32沿所述截止阀阀杆25被压缩，所述第二级减压阀200出口下游的流体通道与泄放口连通，过压的氢气通过泄放口流出，当安全阀弹簧32的弹性恢复力大于进入安全阀400的气体压力时，所述安全阀弹簧32沿所述截止阀阀杆25恢复，推动所述截止阀阀杆25移动并封堵于所述安全阀的入口处，使安全阀的入口关闭。
所述截止阀阀杆25在受压时可以沿所述截止阀300的轴线定向移动，当所述截止阀阀杆25的前端上移至所述安全阀压盖24并封堵于所述泄放通道上时，所述安全阀400关闭，此为安全阀400的初始状态，在所述截止阀阀杆25上移的过程中，通过其尾端的螺钉30和所述截止阀顶盖28中心的挡圈对其进行限位，使所述螺钉30始终限位于所述截止阀顶盖28内；当所述截止阀阀杆25的前端受压下移从所述泄放通道上移开时，所述安全阀400打开，过压气体通过泄放口排出。
由于所述截止阀阀杆25受气压和弹簧力作用，可以沿所述截止阀300的轴线移动，所以在截止阀300关闭的状态下，所述安全阀400仍然可以正常工作，保障了气瓶的安全。
本发明将所述安全阀集成于所述截止阀内，一方面可以节省阀体体积，增加阀体内空间利用率，还可以减少配件、降低成本，减少管路连接件，增强了可靠性，同时可以减少了泄漏点。
作为实施例，所述阀体内的流体通道，其内径为6mm，可以适应更大流量的输氢需求。
应了解本发明所要保护的范围不限于非限制性实施方案，应了解非限制性实施方案仅仅作为实例进行说明。本申请所要要求的实质的保护范围更体现于独立权利要求提供的范围，以及其从属权利要求。

Claims (10)

1.一种适用于70MPa工作压力的组合阀，连接于氢气瓶和氢燃料电池电堆间，包括：阀体，阀体上具有阀体入口、阀体出口和泄放口；其特征在于，
沿所述阀体入口至所述阀体出口，所述阀体内的流体通道上依次布置有第一级减压阀、第二级减压阀；
沿所述第二级减压阀的出口至所述泄放口，所述阀体内的泄压通道上布置有截止阀和安全阀，所述安全阀集成于所述截止阀内。
2.根据权利要求1所述的一种适用于70MPa工作压力的组合阀，其特征在于，所述阀体入口处的阀体上连接有高压接头，所述阀体入口处的阀体内布置有过滤器。
3.根据权利要求1所述的一种适用于70MPa工作压力的组合阀，其特征在于，所述第一级减压阀的轴线与所述第二级减压阀的轴线平行布置。
4.根据权利要求1所述的一种适用于70MPa工作压力的组合阀，其特征在于，所述第二级减压阀采用动态的负反馈减压方式，在所述第二级减压阀的入口两侧，所述第二级减压阀内具有沿其轴线布置的第二级副弹簧和第二级调节弹簧；在所述第二级减压阀的出口两侧，所述第二级减压阀内沿其轴线分别布置有第二级阀芯组件和第二级减压阀活塞，所述第二级阀芯组件抵靠于第二级减压阀阀座上且封堵于所述第二级减压阀阀座的流体通道上，所述第二级减压阀活塞经第二级调节弹簧向所述第二级减压阀的出口偏置，且所述第二级减压阀活塞上布置有与所述第二级阀芯组件相抵靠的顶杆。
5.根据权利要求1所述的一种适用于70MPa工作压力的组合阀，其特征在于，所述阀体内具有一泄放通道，所述泄放通道内布置有截止阀，所述截止阀位于所述第二级减压阀的下游。
6.根据权利要求1所述的一种适用于70MPa工作压力的组合阀，其特征在于，所述截止阀，包括沿其轴线顺序布置的截止阀阀杆和截止阀顶盖，所述截止阀阀杆前端穿过所述截止阀顶盖封堵于所述泄压通道上，所述截止阀阀杆后端限位于所述截止阀顶盖内，所述截止阀阀杆上套置有一安全阀，所述安全阀限位布置于截止阀入口与所述截止阀顶盖之间。
7.根据权利要求6所述的一种适用于70MPa工作压力的组合阀，其特征在于，所述安全阀包括顺序套置于所述截止阀阀杆上的安全阀压盖、安全阀弹簧、安全阀顶盖，所述截止阀阀杆延伸至所述安全阀顶盖外，所述安全阀弹簧限位于所述截止阀阀杆上。
8.根据权利要求7所述的一种适用于70MPa工作压力的组合阀，其特征在于，所述截止阀阀杆穿过所述截止阀顶盖、所述安全阀顶盖延伸于所述安全阀内，所述截止阀阀杆受压时沿所述截止阀的轴线移动；
当第二级减压阀出口的气体压力大于所述安全阀弹簧弹簧力时，所述截止阀阀杆受压沿所述截止阀轴线移动压缩所述安全阀弹簧，安全阀开启；
当所述安全阀弹簧的弹性恢复力大于第二级减压阀出口的气体压力时，所述截止阀阀杆受所述安全阀弹簧弹簧力作用沿所述截止阀轴线移动封堵于泄放通道上，安全阀关闭。
9.根据权利要求7所述的一种适用于70MPa工作压力的组合阀，其特征在于，所述截止阀顶盖中心有一沿截止阀轴线延伸的凹槽，所述截止阀阀杆后端连接一螺钉，所述截止阀阀杆通过其后端的螺钉限位于所述凹槽内。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种适用于70MPa工作压力的组合阀，其特征在于，所述阀体内的流体通道内径为6mm。
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