CN114623243B - 用于燃料电池的喷射阀 - Google Patents

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Abstract

本发明属于氢燃料电池技术领域，公开了一种用于燃料电池的喷射阀，包括：壳体，设有中心腔；顶盖，设置在中心腔内；电磁铁，与顶盖的底端相抵接；导向密封座，与电磁铁的底端相抵接；第一弹性件，以及阀芯，穿设导向密封座并在响应电磁铁之后沿轴向活动，其中，阀芯与导向密封座的底端之间限定出第一行程距离。顶盖设置在中心腔中并向下抵接电磁铁，导向密封座的上端受到顶盖和电磁铁的限位作用，导向密封座的下端受到第一弹性件的作用，阀芯与导向密封座的底端限定出第一行程距离，通过调整顶盖的位置，进而调整第一弹性件的压缩量，进一步调节导向密封座的压入量，实现对阀芯的第一行程距离的在线调节。

Description

用于燃料电池的喷射阀
技术领域
本发明涉及氢燃料电池技术领域，尤其涉及一种用于燃料电池的喷射阀。
背景技术
高压氢气经减压后，由喷氢阀-引射器或者氢气循环泵进入氢燃料电池电堆的阳极侧，和阴极侧中的氧气在双极板、膜电极的用下，发生电化学反应产生电能并生成水。
氢气循环泵功能全面，然而其噪音大，会产生额外的功率消耗，且目前可靠性较差。而喷氢阀-引射器的组合几乎不消耗额外的功率，由喷氢阀将一定压力的氢气喷入引射器中，实现供氢与回氢的双功能。
由于气体的性质不同于液体，现有技术中，并无有效的在线流量调节方案，更无法在在线调节的同时调节喷射特性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于燃料电池的喷射阀，以解决现有技术无法在线进行流量调节的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于燃料电池的喷射阀，包括：
壳体，设有沿轴向延伸的中心腔；
顶盖，沿所述轴向可活动地设置在所述中心腔内；
电磁铁，与所述顶盖的底端相抵接；
导向密封座，与所述电磁铁的底端相抵接；
第一弹性件，设置在所述中心腔内并用于对所述导向密封座施加沿所述轴向指向所述电磁铁的弹力，以及
阀芯，沿所述轴向穿设所述导向密封座并在响应所述电磁铁之后沿所述轴向活动，其中，所述阀芯与所述导向密封座的底端之间限定出第一行程距离。
顶盖设置在中心腔中并向下抵接电磁铁，导向密封座的上端受到顶盖和电磁铁的限位作用，导向密封座的下端受到第一弹性件的作用，阀芯与导向密封座的底端限定出第一行程距离，通过调整顶盖的位置，进而调整第一弹性件的压缩量，进一步调节导向密封座的压入量，实现对阀芯的第一行程距离的在线调节。
作为上述用于燃料电池的喷射阀的优选方案，所述顶盖螺纹连接在所述中心腔中；
所述喷射阀还包括：
调节杆，所述调节杆的底端螺纹连接所述顶盖；以及
锁紧件，设置在所述调节杆远离所述顶盖的一端，所述锁紧件用于与所述调节杆自锁。
锁紧件螺纹连接顶盖，且锁紧件可与调节杆自锁，电磁铁弹簧提供预紧力，调节杆与锁紧件共同实现顶盖对预紧力的无级调节。
作为上述用于燃料电池的喷射阀的优选方案，所述电磁铁设有沿所述轴向贯穿延伸的中心通道，所述阀芯的顶端延伸至所述中心通道中，所述喷射阀还包括：
电磁铁弹簧，设置在所述电磁铁的中心通道中,用于对所述阀芯施加沿所述轴向远离所述顶盖的弹力。
电磁铁弹簧用于对阀芯施加远离顶盖的弹力，电磁铁弹簧的两端分别作用于调节杆和阀芯，使调节杆的位置决定电磁铁弹簧的压缩量，进而决定阀芯的预紧力。
作为上述用于燃料电池的喷射阀的优选方案，所述喷射阀还包括：
衔铁，用于通过所述电磁铁的磁吸力以带动所述阀芯向所述电磁铁运动，所述阀芯穿设所述衔铁；以及
阻尼垫片，沿轴向限位于所述衔铁和所述阀芯之间；以及
弹性阻尼件，弹性支撑在所述衔铁的底端。
阻尼垫片、衔铁和阀芯响应于电磁铁同步向上运动，在断开电磁铁后，阀芯受到电磁铁弹簧的作用向下运动，使阻尼垫片、衔铁同步向下运动，阀芯抵接流道阀体并落座后，衔铁受到弹性阻尼件的作用，使衔铁在阀芯上沿所述轴向发生阻尼振荡运动，进而减小阀芯的落座冲击力。
作为上述用于燃料电池的喷射阀的优选方案，所述导向密封座的顶端设有限位腔，所述衔铁设置在所述限位腔中。
衔铁位于导向密封座的限位腔中进而沿径向限位。
作为上述用于燃料电池的喷射阀的优选方案，所述衔铁的顶端与所述电磁铁的底端之间限定出第二行程距离，所述第二行程距离始终大于所述第一行程距离。
衔铁和电磁铁之间限定出第二行程距离，第二行程距离始终大于第一行程距离，避免衔铁与电磁铁发生碰撞，以防产生废屑。
作为上述用于燃料电池的喷射阀的优选方案，所述阀芯的顶端卡接有挡片，所述阻尼垫片限位设置在所述挡片和所述衔铁之间。
阻尼垫片被挡片和衔铁沿轴向限位，在衔铁响应电磁铁之后向上运动时，可使衔铁、阻尼垫片、挡片同步运动。
作为上述用于燃料电池的喷射阀的优选方案，所述衔铁设有相连并呈夹角的柱形表面和台阶面，所述弹性阻尼件套设在所述柱形表面外，所述弹性阻尼件的两端分别抵接在所述台阶面和所述限位腔的腔底。
弹性阻尼件套设在柱形表面上被径向限位，且两端分别抵接在台阶面和限位腔的腔底并实现轴向限位。
作为上述用于燃料电池的喷射阀的优选方案，所述阀芯的底端设有第二弹性件，所述第二弹性件用于与所述导向密封座的底端沿轴向弹性抵接。
阀芯底部的第二弹性件能够避免阀芯与导向密封座之间刚性碰撞，避免产生废屑。
作为上述用于燃料电池的喷射阀的优选方案，还包括：
流道阀体，设置在所述中心腔中，所述流道阀体能够与所述阀芯的底端平面密封；以及
弹性密封套，密封连接所述阀芯和所述导向密封座，其中，所述壳体、所述导向密封座、所述弹性密封套的外壁、所述阀芯和所述流道阀体之间限定出工质流体通道。
喷射阀内部分成内外两部分，外部份为工质流体通道，外部份与内部分相隔开不参与工质(如氢气)的流通，并且将电磁铁、衔铁等运动件与工质隔离，避免电磁铁、衔铁发生氢脆。
本发明的有益效果：顶盖设置在中心腔中并向下抵接电磁铁，导向密封座的上端受到顶盖和电磁铁的限位作用，导向密封座的下端受到第一弹性件的作用，阀芯与导向密封座的底端限定出第一行程距离，通过调整顶盖的位置，进而调整第一弹性件的压缩量，进一步调节导向密封座的压入量，实现对阀芯的第一行程距离的在线调节。
附图说明
图1是本申请实施例提供的用于燃料电池的喷射阀的轴向剖视图；
图2是图1所示的用于燃料电池的喷射阀的分解图；
图3是本申请实施例提供的用于燃料电池的喷射阀中电磁铁的结构示意图；
图4是本申请实施例提供的用于燃料电池的喷射阀中衔铁的结构示意图；
图5是本申请实施例提供的用于燃料电池的喷射阀中阀芯的结构示意图。
图中：
1-壳体；2-调节杆；3-锁紧件；4-第一O形密封圈；5-顶盖；6-电磁铁；7-电磁铁O型圈；8-第一弹性件；9-电磁铁弹簧；10-阀芯垫片；11-挡片；12-阻尼垫片；13-弹性阻尼件；14-衔铁；141-柱形表面；142-台阶面；15-阀芯；16-导向密封座；160-限位腔；17-导向座密封圈；18-第二弹性件；19-弹性密封套；20-流道阀体；21-第二O形密封圈。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
本发明提供一种用于燃料电池的喷射阀，在完成高频开关闭动作的同时，可根据需求实现在线调节流量的功能。
如图1和图2所示，该喷射阀包括壳体1，壳体1设有沿轴向延伸的中心腔，如图1所示，中心腔沿轴线L1延伸，壳体1采用侧面进气的方式，下端均匀分布多个通气入孔，用于氢气等工质流体的流入；壳体1的底面设有通气出孔，用于氢气等工质流体的流出。
该喷射阀还包括顶盖5，顶盖5设置在壳体1的中心腔内并能够沿轴线L1方向活动。
该喷射阀还包括电磁铁6，电磁铁6与顶盖5的底端相抵接，换言之，顶盖5向下运动时能够推动电磁铁6向下运动。
电磁铁6的外周面设置电磁铁O型圈7以与壳体1的中心腔的表面密封连接。
该喷射阀还包括导向密封座16，导向密封座16与电磁铁6的底端相抵接。换言之，电磁铁6在向下运动时能够推动导向密封座16向下运动。
导向密封座16的外周面设置导向座密封圈17以与壳体1的中心腔密封连接。
该喷射阀还包括第一弹性件8，第一弹性件8设置在壳体1和导向密封座16之间，第一弹性件8对导向密封座16施加向上的弹力，第一弹性件8始终处于被压缩状态。
本实施例中，第一弹性件8设置为波形弹簧。
结合图1和图5，该喷射阀还包括阀芯15，阀芯15沿轴线L1穿设导向密封座16，阀芯15与导向密封阀16之间间隙配合，阀芯15响应电磁铁6之后能够沿轴线L1运动，即，电磁铁6通电后，阀芯15受到磁铁的作用可从图1所示位置向上运动，电磁铁6断电后，阀芯15向下运动并复位，如此往复，阀芯15与导向密封座16的底端之间限定出第一行程距离H1，第一行程距离H1直接影响氢气等工质的喷射量，并且该数值根据所需喷射量设定。
顶盖5设置在中心腔中并向下抵接电磁铁6，导向密封座16的上端受到顶盖5和电磁铁6的限位作用，导向密封座16的下端受到第一弹性件8的作用，阀芯15与导向密封座16的底端限定出第一行程距离H1，通过调整顶盖5的位置，进而调整第一弹性件8的压缩量，进一步调节导向密封座16的压入量，实现对阀芯15的第一行程距离H1的在线调节。
进一步，顶盖5螺纹连接在中心腔中，即中心腔内设有螺纹槽，顶盖5的外周面设有外螺纹，使顶盖5可旋转安装于中心腔中。
喷射阀还包括调节杆2和锁紧件3，调节杆2的底端螺纹连接顶盖5并延伸至电磁铁6的中心通道中。
锁紧件3设置在调节杆2的顶部用于与调节杆2自锁。本实施例中，调节杆2的顶端设有一字槽，利用螺丝刀卡住该一字槽后，拧紧锁紧件3完成自锁。
本实施例中，调节杆2为调节螺杆，锁紧件3为锁紧螺母，松开锁紧件3，此时调节螺杆可自由拧入旋出，完成调节杆2的调节后，卡住调节螺杆的一字槽，拧紧锁紧件3，完成自锁动作。
本实施例中，调节杆2的周向表面设有第一O形密封圈4，第一O形密封圈4密封抵接电磁铁6中心通道的内壁。
电磁铁6设有沿轴线L1贯穿延伸的中心通道，阀芯15的顶端向上延伸至中心通道中。
顶盖5螺纹连接在中心腔中，更易调节顶盖5的压缩量，阀芯15穿设于电磁铁6的中心通道中并被电磁铁6径向限位。
喷射阀还包括电磁铁弹簧9。
电磁铁弹簧9设置在中心通道中，电磁铁弹簧9用于对阀芯15施加向下的弹力，电磁铁弹簧9的两端分别作用于调节杆2和阀芯15，因此调节杆2的位置决定了电磁铁弹簧9的压缩量，进而决定了阀芯15的预紧力。
本实施例中，阀芯15的顶部设有阀芯垫片10，同时电磁铁弹簧9的下端抵接阀芯垫片10。
本实施例中，松开锁紧件3，此时调节杆2可自由拧入旋出，进而调节电磁铁弹簧9的压缩量，进而调节预紧力，电磁铁弹簧9调整完成后，卡住调节杆2的一字槽，拧紧锁紧件3，完成自锁动作。
进一步，该喷射阀还包括衔铁14、挡片11、阻尼垫片12和弹性阻尼件13，衔铁14用于响应电磁铁6的磁吸力以带动阀芯15向上运动，需要说明的是，阀芯15穿设衔铁14，挡片11卡在阀芯15卡槽内。挡片11和衔铁14沿轴向限位阻尼垫片12，弹性阻尼件13弹性支撑在衔铁14的底端。工作过程中衔铁14受电磁力影响带动阀芯15做高频往复运动，阀芯15受导向密封座16限位，运动距离受限于第一行程距离H1。
挡片11、阻尼垫片12、衔铁14和阀芯15响应于电磁铁6同步向上运动，在断开电磁铁6后，阀芯15受到电磁铁弹簧9的作用向下运动，当阀芯15抵接流道阀体20时，衔铁14可沿阀芯15轴向继续向下运动，并在弹性阻尼件13的作用下做阻尼振荡运动，有效减少阀芯的落座冲击力。
参见图1-图3，导向密封座16的顶端设有限位腔160，限位腔160中设有衔铁14。
进一步，衔铁14的顶端与电磁铁6的底端之间限定出第二行程距离H2，由于衔铁14与电磁铁6工作在无油环境，第二行程距离H2大于第一行程距离H1能够避免衔铁14与电磁铁6发生碰撞，以免产生废屑。需要说明的是，第二行程距离H2不应超过所需电磁力极限范围，在保证衔铁14与电磁铁6始终保持一定的距离不碰撞，同时又能顺利吸合。
进一步，阀芯15的顶端卡接有挡片11，阻尼垫片12限位设置在挡片11和衔铁14之间。
本实施例中，阀芯15的表面设有C型槽或环形槽，挡片11能够卡接在C型槽或环形槽中，同时挡片11凸出于阀芯15的表面，阻尼垫片12夹设于挡片11和衔铁14之间。衔铁14向上运动时，推动阻尼垫片12和挡片11向上运动，由于挡片11和阀芯15相卡接，进而使阀芯15同步向上运动。
参见图4，衔铁14设有相连并呈90°夹角的柱形表面141和台阶面142，弹性阻尼件13套设在柱形表面141外，弹性阻尼件13的两端分别抵接在台阶面142和限位腔160的腔底。
弹性阻尼件13套设在柱形表面141上被径向限位，且两端分别抵接在台阶面142和限位腔160的腔底并实现的对弹性阻尼件13轴向限位。
阀芯15的底端设有第二弹性件18，第二弹性件18用于与导向密封座16的底端沿轴向弹性抵接。
第二弹性件18能够避免阀芯15与导向密封座16之间刚性碰撞，避免产生废屑。
进一步，喷射阀还包括流道阀体20和弹性密封套19。
流道阀体20设置在中心腔中，流道阀体20能够与阀芯15的底端平面密封，并在电磁铁6的作用下与阀芯15脱离接触。弹性密封套19密封连接阀芯15和导向密封座16，其中，壳体、导向密封座16、弹性密封套19的外壁、阀芯15和流道阀体20之间限定出工质流体通道。
可以理解的是，喷射阀内部分成内外两部分，外部份为工质流体通道，外部份与内部分相隔开不参与工质(氢气)的流通，并且将电磁铁6、衔铁14等运动部件与氢气隔离，避免电磁铁6、衔铁14等部件发生氢脆。
需要说明的是，阀芯15的下端设有小孔，便于工作过程中氢气等工质流体的排出，阀芯15的下端落座于流道阀体20时，完成对氢气等工质流体的密封。
进一步，流道阀体20的表面设有第二O形密封圈21与以与壳体1的中心腔密封连接。防止外腔中的氢气等工质流体通过流道阀体20与壳体1之间的间隙流出壳体1。
本实施例中，弹性密封套19选用波纹管，波纹管既能够保持密封效果，也具有较好的弹性补偿能力。进一步，波纹管的两端分别和阀芯15以及导向密封座16焊接。
本实施例提供的喷射阀的在线调节方式为：
第一步、将喷射阀连接工装，通一定压力的测试气体，侧进底出。
第二步、拧动顶盖5，通过电磁铁6和导向密封座16的刚性传递，调节第一弹性件8的压缩量，进而调节导向密封座16的下端面与阀芯15之间的间隙，最终实现喷射量的无极调节。
第三步、松开锁紧件3，调整调节杆2的拧入量，调节电磁铁弹簧9的预紧力，最终实现开关闭延迟等喷射特性的在线调节功能。
第四步、拧紧锁紧件3，完成自锁。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于燃料电池的喷射阀，其特征在于，包括：
壳体(1)，设有沿轴向延伸的中心腔；
顶盖(5)，沿所述轴向可活动地设置在所述中心腔内；
电磁铁(6)，与所述顶盖(5)的底端相抵接；
导向密封座(16)，与所述电磁铁(6)的底端相抵接；
第一弹性件(8)，设置在所述中心腔内并用于对所述导向密封座(16)施加沿所述轴向指向所述电磁铁(6)的弹力，以及
阀芯(15)，沿所述轴向穿设所述导向密封座(16)并在响应所述电磁铁(6)之后沿所述轴向活动，其中，所述阀芯(15)与所述导向密封座(16)的底端之间限定出第一行程距离；
所述电磁铁(6)设有中心通道，所述阀芯(15)的顶端可活动地至所述中心通道中，所述喷射阀还包括：
电磁铁弹簧(9)，设置在所述中心通道中,用于调整所述阀芯(15)的预紧力；
衔铁(14)，用于响应所述电磁铁(6)的磁吸力以带动所述阀芯(15)向所述电磁铁(6)运动，所述阀芯(15)穿设所述衔铁(14)；以及
阻尼垫片(12)，沿轴向限位于所述衔铁(14)和所述阀芯(15)之间；以及
弹性阻尼件(13)，弹性支撑在所述衔铁(14)的底端。
2.根据权利要求1所述的用于燃料电池的喷射阀，其特征在于，所述顶盖(5)螺纹连接在所述中心腔中；
所述喷射阀还包括：
调节杆(2)，所述调节杆(2)的底端螺纹连接所述顶盖(5)；以及
锁紧件(3)，设置在所述调节杆(2)远离所述顶盖(5)的一端，所述锁紧件(3)用于与所述调节杆(2)自锁。
3.根据权利要求1所述的用于燃料电池的喷射阀，其特征在于，所述导向密封座(16)的顶端设有限位腔(160)，所述衔铁(14)设置在所述限位腔(160)中。
4.根据权利要求1所述的用于燃料电池的喷射阀，其特征在于，所述衔铁(14)的顶端与所述电磁铁(6)的底端之间限定出第二行程距离，所述第二行程距离始终大于所述第一行程距离。
5.根据权利要求1所述的用于燃料电池的喷射阀，其特征在于，所述阀芯(15)的顶端卡接有挡片(11)，所述阻尼垫片(12)限位设置在所述挡片(11)和所述衔铁(14)之间。
6.根据权利要求3所述的用于燃料电池的喷射阀，其特征在于，所述衔铁(14)设有相连并呈夹角的柱形表面(141)和台阶面(142)，所述弹性阻尼件(13)套设在所述柱形表面(141)外，所述弹性阻尼件(13)的两端分别抵接在所述台阶面(142)和所述限位腔(160)的腔底。
7.根据权利要求1所述的用于燃料电池的喷射阀，其特征在于，所述阀芯(15)的底端设有第二弹性件(18)，所述第二弹性件(18)用于与所述导向密封座(16)的底端沿轴向弹性抵接。
8.根据权利要求1-7任一项所述的用于燃料电池的喷射阀，其特征在于，还包括：
流道阀体(20)，设置在所述中心腔中，所述流道阀体(20)能够与所述阀芯(15)的底端平面密封，并在所述电磁铁(6)的作用下与所述阀芯(15)脱离接触；以及
弹性密封套(19)，密封连接所述阀芯(15)和所述导向密封座(16)，其中，所述壳体(1)、所述导向密封座(16)、所述弹性密封套(19)的外壁、所述阀芯(15)和所述流道阀体(20)之间限定出工质流体通道。
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