CN114776858A - 一种气体减压装置及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明属于气体燃料供给技术领域，公开了一种气体减压装置及车辆。该气体减压装置包括阀本体、活塞、进气控制组件和流体控制部，阀本体设有高压进气腔和控制腔；活塞设于控制腔中，并将控制腔分隔为调压腔和低压出气腔，调压腔内设有调压流体，调压流体的压力可调以控制活塞在控制腔中沿轴线移动；进气控制组件设于高压进气腔内，包括锥面，以在活塞驱动下封堵或打开高压进气腔与低压出气腔的连接通道；流体控制部设于阀本体外周，用于控制调压流体由阀本体的外部流入调压腔和从调压腔流出。本发明提供的气体减压装置，能够准确地调节输出气体的压力大小。

Description

一种气体减压装置及车辆

技术领域

本发明涉及气体燃料供给技术领域，尤其涉及一种气体减压装置及车辆。

背景技术

燃料电池汽车通过车载燃料电池装置产生的电力为动力，车载燃料电池装置所使用的燃料为高纯度氢气或含氢燃料经重整所得到的高含氢重整气。

由于氢气在低压时体积较大，作为燃料时会造成占用汽车较多空间，因此在实际使用时需要将氢气压缩，以便于储存。在需要使用氢气进行燃料供给时，通过减压装置将压缩后的高压氢气减压，使氢气能够以电化学反应方式将燃料的化学能转变为电能，带动车辆的电动机工作。

现有的减压装置通常使用弹簧作为活塞的预设压力结构，弹簧的预设压力确定后不易改变，当需要输出的气体压力改变时，减压装置对气体的压力调节能力较差，造成气体压力调节精度较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气体减压装置及车辆，能够准确地调节输出气体的压力大小。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种气体减压装置，包括：

阀本体，设有高压进气腔和控制腔；

活塞，设于所述控制腔中，并将所述控制腔分隔为调压腔和低压出气腔，所述调压腔内设有调压流体，所述调压流体的压力可调以控制所述活塞在所述控制腔中沿轴线移动；

进气控制组件，设于所述高压进气腔内，包括锥面，以在所述活塞驱动下封堵或打开所述高压进气腔与低压出气腔的连接通道；

流体控制部，设于所述阀本体外周，用于控制所述调压流体由所述阀本体的外部流入所述调压腔和从所述调压腔流出。

可选地，所述流体控制部设有两个，两个所述流体控制部分别控制所述调压流体由所述阀本体的外部流入所述调压腔的压力和从所述调压腔流出的压力。

可选地，控制所述调压流体从所述调压腔流出的所述流体控制部包括密封塞，所述密封塞连接于所述流体控制部远离所述阀本体的一端，通过调节所述密封塞伸入所述流体控制部内部的长度，控制所述调压腔内的泄压压力。

可选地，所述流体控制部为单向阀或电磁溢流阀。

可选地，所述活塞设有隔离垫，所述进气控制组件靠近所述低压出气腔的一端与所述隔离垫抵接。

可选地，所述进气控制组件包括进气接头，所述进气接头连接于所述高压进气腔远离所述控制腔的一端，所述进气接头设有进气流道，气体由所述进气流道进入所述高压进气腔。

可选地，所述低压出气腔呈变直径设置，以加快气体从所述低压出气腔流出。

可选地，所述阀本体包括第一本体和第二本体，所述活塞设置于所述第一本体内，所述进气控制组件设置于所述第二本体内。

可选地，所述第一本体靠近所述第二本体的一端内侧壁设有限位部，所述限位部能抵接所述活塞靠近所述第二本体的一侧。

本发明的另一个方面提供一种车辆，包括燃料电池，所述燃料电池的气体燃料供给管道上设置有上述的气体减压装置。

有益效果：

本发明提供的气体减压装置及车辆，高压气体由高压进气腔进入阀本体，高压气体压力使进气控制组件沿着高压进气腔移动，推动活塞的一侧，使活塞沿着控制腔的轴线移动，活塞的另一侧受到调压腔内的调压流体的压力作用，通过流体控制部控制调压流体的压力，以准确设定预设压力，从而控制由低压出气腔输出的气体压力。当气体压力过大时，进气控制组件移动进而断开高压进气腔和低压出气腔的连接通道，避免低压出气腔内压力过大；当气体压力低于预设压力时，高压进气腔与低压出气腔连通，输出调压后的低压气体。本发明提供的气体减压装置及车辆，能通过控制进入调压腔的调压流体的压力，准确调节由低压出气腔输出气体压力的大小。

附图说明

图1是本发明实施例提供的气体减压装置的高压进气腔与低压出气腔连通时的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的气体减压装置的高压进气腔与低压出气腔断开时的结构示意图。

图中：

1、阀本体；11、高压进气腔；111、进气控制组件；1111、第一弹性件；1112、第一活动件；1113、进气接头；12、控制腔；121、活塞；1211、密封圈；1212、隔离垫；122、低压出气腔；123、调压腔；124、第二弹性件；13、第一本体；131、限位部；14、第二本体；

2、流体控制部；21、出液口；22、密封塞。

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。

本发明提供一种车辆，以燃料电池为动力来源，燃料电池利用氢气与氧气发生化学反应产生电能带动电动机驱动车辆行驶。作为燃料的氢气由于体积较大，在车辆内存储时通常将氢气进行压缩，使用时则需要将氢气通过燃料电池的气体燃料供给管道上设置的气体减压装置减压。

如图1和图2所示，本发明提供的气体减压装置包括阀本体1、活塞121、进气控制组件111和流体控制部2。

阀本体1设有高压进气腔11和控制腔12，控制腔12内设有活塞121，活塞121将控制腔12分隔为调压腔123和低压出气腔122。调压腔123内设有调压流体，调压流体的压力可调，能控制活塞121在控制腔12中沿轴线移动。高压进气腔11内设有进气控制组件111，进气控制组件111能在高压进气腔11内往复移动，进气控制组件111包括锥面，从而在活塞121的驱动下封堵或打开高压进气腔11与低压出气腔122的连接通道，控制高压气体由高压进气腔11进入低压出气腔122。流体控制部2可拆卸地设置于阀本体1外周上，用于控制调压流体由阀本体1的外部流入调压腔123和从调压腔123流出。

通过流体控制部2控制流入和流出调压腔123的调压流体的压力，能准确设定预设压力，从而控制由低压出气腔122输出的气体压力。当气体压力过大时，进气控制组件111移动进而断开高压进气腔11和低压出气腔122的连接通道，避免低压出气腔122内压力过大；当气体压力较低时，高压进气腔11与低压出气腔122连通，输出调压后的低压气体。该气体减压装置能通过控制进入调压腔123的调压流体的压力，准确调节由低压出气腔122输出气体压力的大小。

可选地，阀本体1包括第一本体13和第二本体14，分体设置的阀本体1更便于拆装。第一本体13和第二本体14可通过粘接、焊接等方式连接，能够连接形成阀本体1且不影响密封性即可。高压进气腔11设置在第二本体14中。可以理解的是，高压气体可以是天然气、氢气或氮气等。

可选地，活塞121设置于第一本体13内，进气控制组件111设置于第二本体14内。第一本体13靠近第二本体14的一端内侧壁设有限位部131，限位部131能抵接活塞121靠近第二本体14的一侧。由于阀本体1由第一本体13和第二本体14连接，限位部131的设置能避免活塞121滑动经过第一本体13和第二本体14的连接处造成磨损，影响气体减压效果。优选地，限位部131可以是设置于控制腔12内壁的凸起，可以是环状或若干个块状分布于控制腔12的内壁周向。

继续参照图1和图2，优选地，进气控制组件111包括第一弹性件1111、第一活动件1112和进气接头1113。第一活动件1112活动设置于高压进气腔11内，能在高压气体的压力作用下沿高压进气腔11的轴线移动。第一活动件1112能在第一弹性件1111和高压气体压力的共同作用下，向低压出气腔122的方向移动。

具体地，第一活动件1112包括卡接部、密封部和抵接部，密封部一端连接卡接部，另一端连接抵接部。卡接部的一端套设第一弹性件1111，另一端抵接第一弹性件1111的端部，使第一活动件1112能在第一弹性件1111的弹力作用下沿高压进气腔11的轴线方向移动。卡接部可呈T字形，卡接部的大端用于抵接第一活动件1112，卡接部的小端用于套设第一活动件1112。卡接部的大端直径小于高压进气腔11远离低压出气腔122一端的直径。密封部靠近低压出气腔122的一端设有锥面，高压进气腔11靠近低压出气腔122一端具有与密封部相匹配的形状，高压进气腔11与密封部的锥面配合形成密封面。在第一活动件1112受到的向低压出气腔122移动的力较大时，密封部与高压进气腔11端部相配合，以将高压进气腔11与低压出气腔122断开，高压气体不再向低压出气腔122流动。抵接部可在高压进气腔11靠近低压出气腔122的一端移动，抵接部可随第一活动件1112的移动伸入低压出气腔122内，使低压出气腔122呈环状腔体。抵接部的直径小于或等于密封部的最小直径，高压进气腔11的形状与第一活动件1112相配合。

可选地，进气接头1113连接于高压进气腔11远离低压出气腔122的一端，第一弹性件1111一端套设于第一活动件1112上，另一端抵接进气接头1113，进气接头1113设有进气流道，高压气体由进气流道进入高压进气腔11。进气接头1113设有定位部，安装时定位部与第二本体14的端部抵接定位。优选地，进气接头1113与高压进气腔11的腔壁通过螺纹连接。

控制腔12内设有活塞121，活塞121一侧抵接进气控制组件111，另一侧受调压流体压力作用，活塞121能沿控制腔12的轴线往复移动，通过改变进入调压腔123的流体压力，调节进入低压出气腔122的气体压力。控制腔12中还设有第二弹性件124，第二弹性件124的一端抵接调压腔123远离高压进气腔11的一端端部，另一端抵接活塞121的一侧。活塞121的另一侧抵接第一活动件1112的抵接部。

具体地，活塞121的直径小于或等于控制腔12的直径，活塞121的周向设有密封圈1211，以避免高压气体进入调压腔123。

可选地，活塞121设有隔离垫1212，进气控制组件111靠近低压出气腔122的一端与隔离垫1212抵接。

隔离垫1212用于在不进气时，使活塞121与高压进气腔11靠近低压出气腔122的一端抵接，避免低压出气腔122的气体逆流到高压进气腔11中。隔离垫1212上可设置限位结构，通过限位结构将活塞121与第一活动件1112的抵接部连接，使活塞121能随着第一活动件1112同步移动。

可选地，低压出气腔122呈变直径设置，以加快气体从低压出气腔122流出。可在低压出气腔122的气体输出端设置为直径逐渐减小的腔体，通过低压出气腔122的直径变化可使低压出气腔122的气体快速流出；同时，可将用于与输出结构连接的低压出气腔122的端部直径设置较大，便于与输出结构连接及输送气体。

继续参照图1和图2，可选地，流体控制部2设有两个，两个流体控制部2分别控制调压流体由阀本体1的外部流入调压腔123的压力和从调压腔123流出的压力。

第一本体13远离第二本体14的一端开设有进液通道，其中一个流体控制部2能使流体由进液通道进入调压腔123内，而不会使进入调压腔123的流体流出。可以理解的是，流体可以是液压油或其他液态介质，还可以是气态介质。流体控制部2通过第一本体13上开设的进液通道进入调压腔123，以将流体的压力施加到活塞121上，与第二弹性件124共同推动活塞121向靠近高压进气腔11的方向移动。可通过控制流入调压腔123的流体的压力大小，准确调节调压腔123内的压力大小，以使低压出气腔122处输出的气体压力可调。

优选地，阀本体1可设置定位槽以便于安装流体控制部2，流体控制部2上可设置定位结构，用于与阀本体1的端面配合，使流体控制部2更易安装到位。

可选地，另一个流体控制部2能使流体由控制腔123流向阀本体1的外部，使调压腔123内的流体压力过大时，用于泄压。流体控制部2设有出液口21，以使流体流出调压腔123。具体地，出液口21可设置多个，均匀分布于流体控制部2的腔壁周向。优选地，两个流体控制部2可以是单向阀或电磁溢流阀，两个流体控制部2可选用同一类型，也可根据实际需要选用不同类型。本实施例中选用了两种不同的单向阀，由于单向阀或电磁溢流阀的结构为公知技术，在此不再赘述。

可选地，控制调压流体从调压腔123流出的流体控制部2包括密封塞22，密封塞22连接于流体控制部2远离阀本体1的一端，通过调节密封塞22伸入流体控制部2内部的长度，调节流体控制部2内部的预设压力，控制调压腔123内的泄压压力大小。

优选地，第一弹性件1111和第二弹性件124可以是弹簧，根据实际需要选用不同规格的弹簧以满足使用需求即可。

气体减压装置的受力模型为：

P_输出气体×S_活塞+P_高压气体×S_{第一活动件}＝F_{第二弹性件}+P_调压流体×S_活塞

其中，P_输出气体指输出气体的目标压强；S_活塞指活塞121承受低压出气腔122内气体的受力面积；P_高压气体指输入的高压气体的压强；S_{第一活动件}指第一活动件1112承受高压气体的密封面积；F_{第二弹性件}指第二弹性件124的弹力；P_调压流体指调压流体的压强。

由于第一活动件1112密封的直径远远小于活塞121的直径，使得P_高压气体×S_{第一活动件}的作用力远小于P_输出气体×S_活塞的作用力。控制腔12内调压流体压力和第二弹性件124的弹力共同组成气体减压装置的背压环境，一旦气体减压装置装配完成，第二弹性件124的刚度和有效行程就已定型，此力不易改变。若气体减压装置需要不同压力的低压气体，可以通过调节流体控制部2的开启压力改变P_调压流体，即调压腔123内的流体压力，从而完成P_输出气体值的设定。

该气体减压装置通过设置流体控制部2，使活塞121的一侧受到液体压力和第二弹性件124的弹力共同作用，另一侧受到低压出气腔122内的气体压力和第一弹性件1111的弹力共同作用，活塞121在控制腔12内往复移动，从而达到调节低压出气腔122气体压力的作用。

在高压气体通入进气通道后，高压气体的压力与第一弹性件1111的弹力共同作用在活塞121上，推动活塞121向调压腔123的方向移动，在第一活动件1112的作用力与低压出气腔122内的气体压力共同施加到活塞121上的力，小于活塞121另一侧受到的流体压力和第二弹性件124的弹力的共同作用时，高压进气腔11和低压出气腔122保持连通状态；当低压出气腔122内的气体压力增大到足以推动活塞121移动时，第一活动件1112将继续向靠近调压腔123的方向移动，最终使第一活动件1112抵接高压进气腔11的端部，从而使高压进气腔11与低压出气腔122断开，避免进入低压出气腔122的气体压力过大。

该气体减压装置可通过设定流体控制部2所控制的调压流体的预设压力，准确、稳定地调节调压腔123内的压力大小，且相较于单一的弹力作用，可调节压力范围更大，实用性更强。另一个流体控制部2可在需要调压腔123内压力减小时及时泄压；同时，可通过调节密封塞22调整泄压压力大小。由于两个流体控制部2设置于阀本体1的外部，可通过更换不同规格的流体控制部2调节低压出气腔122处的输出气体压力。优选地，流体控制部2可通过螺纹连接于阀本体1上，拆卸方便，在需要调节输出气体的压力时，可通过拆卸更换调整压力大小。

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 (10)

1.一种气体减压装置，其特征在于，包括：

阀本体(1)，设有高压进气腔(11)和控制腔(12)；

活塞(121)，设于所述控制腔(12)中，并将所述控制腔(12)分隔为调压腔(123)和低压出气腔(122)，所述调压腔(123)内设有调压流体，所述调压流体的压力可调以控制所述活塞(121)在所述控制腔(12)中沿轴线移动；

进气控制组件(111)，设于所述高压进气腔(11)内，包括锥面，以在所述活塞(121)驱动下封堵或打开所述高压进气腔(11)与低压出气腔(122)的连接通道；

流体控制部(2)，设于所述阀本体(1)外周，用于控制所述调压流体由所述阀本体(1)的外部流入所述调压腔(123)和从所述调压腔(123)流出。

2.根据权利要求1所述的气体减压装置，其特征在于，所述流体控制部(2)设有两个，两个所述流体控制部(2)分别控制所述调压流体由所述阀本体(1)的外部流入所述调压腔(123)的压力和从所述调压腔(123)流出的压力。

3.根据权利要求2所述的气体减压装置，其特征在于，控制所述调压流体从所述调压腔(123)流出的所述流体控制部(2)包括密封塞(22)，所述密封塞(22)连接于所述流体控制部(2)远离所述阀本体(1)的一端，通过调节所述密封塞(22)伸入所述流体控制部(2)内部的长度，控制所述调压腔(123)内的泄压压力。

4.根据权利要求2所述的气体减压装置，其特征在于，所述流体控制部(2)为单向阀或电磁溢流阀。

5.根据权利要求1所述的气体减压装置，其特征在于，所述活塞(121)设有隔离垫(1212)，所述进气控制组件(111)靠近所述低压出气腔(122)的一端与所述隔离垫(1212)抵接。

6.根据权利要求1所述的气体减压装置，其特征在于，所述进气控制组件(111)包括进气接头(1113)，所述进气接头(1113)连接于所述高压进气腔(11)远离所述控制腔(12)的一端，所述进气接头(1113)设有进气流道，气体由所述进气流道进入所述高压进气腔(11)。

7.根据权利要求1所述的气体减压装置，其特征在于，所述低压出气腔(122)呈变直径设置，以加快气体从所述低压出气腔(122)流出。

8.根据权利要求1所述的气体减压装置，其特征在于，所述阀本体(1)包括第一本体(13)和第二本体(14)，所述活塞(121)设置于所述第一本体(13)内，所述进气控制组件(111)设置于所述第二本体(14)内。

9.根据权利要求8所述的气体减压装置，其特征在于，所述第一本体(13)靠近所述第二本体(14)的一端内侧壁设有限位部(131)，所述限位部(131)能抵接所述活塞(121)靠近所述第二本体(14)的一侧。

10.一种车辆，包括燃料电池，其特征在于，所述燃料电池的气体燃料供给管道上设置有如权利要求1-9中任一项所述的气体减压装置。

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