CN114930067A - 用于高压气罐的开/关阀、特别是用于汽车氢燃料电池系统的开/关阀 - Google Patents

用于高压气罐的开/关阀、特别是用于汽车氢燃料电池系统的开/关阀 Download PDF

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Abstract

一种电动开/关阀，用于汽车燃料电池系统的高压氢气罐，该开/关阀包括阀体(2)、螺线管组(100)、实现第一级密封的第一闸(26)和设置有主密封表面(42)以实现第二级密封的密封元件(40)。该第一级密封和该第二级密封均通过该密封元件(40)实现。

Description

用于高压气罐的开/关阀、特别是用于汽车氢燃料电池系统的 开/关阀
本发明涉及一种适用于通常位于车辆上的罐的阀，以管理汽车氢燃料电池系统中的高压氢流。
特别地，本发明涉及一种用于允许或禁止氢气离开该罐的可电控的开/关阀。
汽车氢气系统中的气体以非常高的压力储存在罐中，该压力通常达到700bar。
这意味着制造开/关阀是高精度的，尤其是在避免例如阀闸(gate)处的气体泄漏所需的设计上。
在这方面，在特定领域中注意到两个不同的需求：一方面，需要为该闸提供有效的密封，以避免泄漏的发生；另一方面，需要用足够硬的材料制造这些密封件，以抵抗高压氢气的作用。然而，由硬质材料制成的密封件要求更高精度的加工操作，这样才不会出现泄漏。在文件US-A1-2016/305572、US-A1-2014/04232和US5205531中公开了某些实施例。
本发明的目的是制造一种用于高压氢气罐的开/关阀，该开/关阀满足了该领域的需求，同时克服了参考现有技术所指出的缺点。
根据权利要求1提供的开/关阀实现了这一目的。从属权利要求表明了本发明的其他有利实施例。
通过根据附图、以非限制性示例的方式所给出的以下描述，根据本发明的开/关阀的特征和优点将变得明白易懂，在附图中：
-图1示出了根据本发明一实施例的处于关闭配置的开/关阀的截面图；
-图2描绘了图1中方框II的放大图；
-图3示出了图1中处于中间的或第一级的打开配置的开/关阀；
-图4示出了图3中方框IV的放大图；
-图5示出了图1中处于打开的或第二级的打开配置的开/关阀；
-图6示出了图5中方框VI的放大图；
-图7a至图7c描绘了根据本发明一实施例的阀的密封元件；和
-图8a至图8c描绘了根据本发明一实施例的阀的牵引件(drawer)。
参考附图，用于容纳高压气体(特别是氢气)的罐的电动开/关阀整体由数字符号1表示。在应用于汽车系统的情况下，氢气通常以700bar的压力储存在该罐中。
阀1包括阀体2，该阀体2适用于该罐，例如通过螺纹颈适用于该罐。阀体2中存在进气管4、出气管6和主阀座8。该进气管4与罐的内部连通。该出气管6与位于该罐下游的汽车系统的部件连通。进气管4在主阀座8内开放，出气管6自主阀座8引出。
根据一优选实施例，进气管4尤其包括具有第一轴X的一端部4a，该端部4a利用进气口4b在主阀座8内开放；出气管6具有第二轴Y，该出气管6包括起始部6a，该起始部6a利用一端口6b自该主阀座8引出。
第一轴X优选地与第二轴Y正交。
主阀座8优选地是圆柱形的并且与第二轴Y同轴。
阀1还包括一内部中空的壳体10，该壳体10在开口处设置在阀体2的外部，以使得通入主阀座8。该壳体10包括电连接用插座12，用于控制该阀打开。
阀1还包括线圈14，该线圈14例如由铜制成，该线圈14容纳在壳体10内并电连接到插座12，使得提供至插座12的电流在线圈14周围产生磁场，以便磁性地控制阀1打开。
此外，阀1优选地包括一管状固定夹套16，该固定夹套16延伸到线圈14内，并且从壳体10突出，进入到阀体2的主阀座8内。
特别地，夹套16包括完全容纳在主阀座8内的管状端部18，该管状端部18设置有多个夹套通道20，该多个夹套通道20例如为穿过该端部18的厚度的通孔；该通道20适用于使进气管4与夹套16的端部18内的空间连通。
在端部18与主阀座8的表面之间设置有夹套密封件21，该夹套密封件21由密封环构成，适用于防止高压气体向外部环境泄漏。
阀1还包括可磁化的固定芯22和可磁化的可动芯24，该固定芯22容纳在夹套16内，且位于主阀座8的外部；该可动芯24容纳在夹套16内，且从靠近该固定芯22的部分24a延伸，直到到达夹套16的端部18的内部。
壳体10、线圈14、固定芯22和可动芯24形成螺线管组100，通过操作阀1，该螺线管组100可进行电激励。
可动芯24在相对于固定芯22的远端部上具有第一闸26，例如该第一闸26与可动芯24的端部24b一体成型，且该第一闸26由从所述端部24b突出的一尖锐突起构成。
阀1还包括牵引件30，该牵引件30可滑动且密封地容纳在夹套16的端部18内；牵引件30优选地安装在可动芯24的、第一闸26从其突出的端部24b上。
牵引件30具有容纳在特定环形阀座内的牵引件密封件32，该牵引件密封件32例如由带凸缘的密封环构成，该牵引件密封件32适于使牵引件30与夹套16的端部18的内表面18i之间实现滑动密封。
凭借所述牵引件密封件32，端部18内的隔室保持与下游区域34和上游区域36分隔，该下游区域34设置在出气管6的起始部6a的一侧。
牵引件30还包括对准的牵引件通道38，该牵引件通道38使下游区域34与上游区域36连通。
阀1还包括密封元件40，该密封元件40优选地由聚合材料一体制成，该聚合材料例如为热塑性材料，该热塑性材料例如为聚醚醚酮(PolyEther Ether Ketone，PEEK)、聚酰胺-酰亚胺(Polyamide-Imide，PAI)或VESPEL。
密封元件40在牵引件30的端部30a处由牵引件30支撑，该端部30a靠近出气管6的起始部6a的端口6b。
密封元件40前部设置有喇叭形的主密封表面42，当该主密封表面42与出气管6的起始部6a的端口6b配合作用时，特别是当该密封表面42强制地抵靠所述端口6b的外围边缘时，该主密封表面42适于实现对加压气体的密封。
该密封元件40还设置有元件通道44，该元件通道44使该主密封表面42的内部区域与牵引件30内的隔室连通，第一闸26容纳在牵引件30内的隔室内。
元件通道44利用开口46在牵引件30内的隔室中开放；第一闸26可与开口46接合以密封地关闭元件通道44。
此外，为了将密封元件40固定到牵引件30，阀1优选地包括一紧固体50，该紧固体50可旋拧在牵引件30的端部30a的外部，使得密封元件40被封装在紧固体50和端部30a之间。
阀1还包括用于使螺线管组100偏移的装置，该装置适于持久地操作可动芯体24以将第一闸26保持在一关闭位置，该第一闸26在该关闭位置处时，关闭密封元件40的开口46。因此，由于密封元件40与牵引件30是一体的，因此该偏移装置也操作为使密封元件40强制抵靠出气管6的起始部6a的端口6b。
根据一优选实施例，所述偏移装置包括弹簧60和杆62，该弹簧60例如容纳在固定芯22内的隔室中，并放置为抵靠夹套16的底部16b；杆62在该弹簧60和可动芯24之间延伸，穿过所述固定芯22。
开/关阀1在正常运转时，处于初始配置或关闭配置(图1和图2)时，没有电流供应至插座12，由此固定芯22和可动芯24没有磁性吸引。
在这种配置中，偏移装置作用在可动芯24上，推动该偏移装置远离可动芯，使得与可动芯24一体成形的第一闸26密封地接合密封元件40的开口46，从而关闭密封通道44。第一闸26与开口46形成所谓的“第一级密封”。
相应地，由于密封元件40与牵引件30的端部30a是一体的，并且所述牵引件30在夹套16的端部18内的隔室中密封地滑动，因此密封元件40由偏移装置带动，强行抵靠在出气管6的起始部6a的端口6b的周边边缘。
因此，密封元件40的主密封表面42密封地接合端口6b，关闭通向出气管6的入口。主密封表面42与端口6b形成所谓的“第二级密封”。
在这种配置中，在进气管4中、以及穿过夹套通道20而在下游区域34中存在高压气体，该下游区域34借助由端口6b上的密封元件40形成的密封而与出气管6的起始部6a分隔。
该高压气体还穿过牵引件通道38而占据上游区域36，该上游区域36借助由第一闸26与元件通道44的开口46形成的密封而与该元件通道44(并因此与出气管6)隔离。
随着向插座12供应电流，线圈14产生使固定芯22和可动芯24以相反的极性磁化、以便相互吸引的磁场。因此，可动芯24靠近固定芯22，从而克服了偏移装置的反作用。
因此，阀1进入中间的或第一级的打开配置(图3和图4)，在处于该配置时，第一闸26完全脱离密封元件40，从而不会获得与开口46的任何密封。
因此，高压气体穿过元件通道44并到达出气管6的起始部6a。
这使得牵引件30上的作用力不平衡，因此该牵引件30上升，带动该密封元件40一起上升，使得密封元件40与起始部6a的端口6b之间缺乏密封。
因此，阀1切换到了打开的或第二级的打开配置(图5和图6)，在处于该配置时，该密封元件40的主密封表面42与出气管6的起始部6a的端口6b的边缘分离，使得该高压气体可以从进气管4流向出气管6。
当没有电流供应至插座12时，该偏移装置对可动芯24的作用力使得可动芯24再次远离固定芯22，该第一闸26关闭元件通道44，并恢复初始配置的状态。
根据本发明的一替代实施例，第一闸由独立于可动芯的部件构成，但该部件与可动芯形成一整体、或被偏移(biased)从而被方便移动。
根据本发明的另一替代实施例，密封元件由彼此机械地或以其他方式连接的多个部件构成，以获得单个元件。
独创性地，由于根据本发明的开/关阀确保了防止入口和出口之间的高压气体泄漏的良好密封，因此该开/关阀满足了该领域的需求，并且由于在同一部件(密封元件)以及该阀的有限区域内实现了第一级密封和第二级密封，因此该开/关阀克服了该领域的缺点。
这使得密封元件在小表面上的完美对中所需的机械加工操作得以集中，从而降低制造该阀的成本。
显然，为了满足可能的需要，本领域技术人员可能对上述阀进行改动，均包含在所附权利要求书所界定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于高压气罐的电动开/关阀，包括：
-阀体(2)，包括主阀座(8)、进气管(4)和出气管(6)，所述进气管(4)利用进气口(4a)在所述主阀座(8)内开放，所述出气管(6)利用出气口(6b)以所述主阀座(8)为起点；
-电动螺线管组(100)，与所述阀体(2)连接，所述电动螺线管组(100)包括可动芯(24)，通过操作所述螺线管组(100)，所述可动芯(24)可以平移的方式移动；
-第一闸(26)，所述第一闸可通过所述可动芯(24)移动；
-密封元件(40)，具有：
i)元件通道(44)，所述元件通道(44)具有开口(46)，所述第一闸(26)与所述开口(46)密封接合以实现第一级密封；和
ii)主密封表面(42)，所述主密封表面适用于密封地接合所述出气管(6)的所述出气口(6b)以实现第二级密封；
-其中，所述密封元件(40)由聚合材料一体制成，使得所述第一级密封和所述第二级密封均通过所述密封元件(40)实现。
2.根据权利要求1所述的开/关阀，其中，所述密封元件(40)的聚合材料是热塑性的，所述聚合材料例如为PEEK、PAI或
Figure FDA0003630238550000011
3.根据权利要求1或2所述的开/关阀，其中，所述可动芯(24)具有所述第一闸(26)，所述第一闸与所述可动芯(24)的端部(24b)一体制成。
4.根据权利要求3所述的开/关阀，其中，所述第一闸(26)由从所述可动芯(24)的所述端部(24b)突出的尖锐突起构成。
5.根据前述权利要求中任一项所述的开/关阀，其中，所述主密封表面(42)是喇叭形的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的开/关阀，其中，所述元件通道(44)将所述主密封表面(42)的内部区域与所述开口(46)连通。
7.根据前述权利要求中任一项所述的开/关阀，包括可滑动地容纳在所述主阀座(8)中的牵引件(30)，所述牵引件(30)具有内部隔室，所述第一闸(26)可滑动地容纳在所述内部隔室中，其中所述密封元件(40)承载所述密封元件(40)且所述开口(46)在所述牵引件(30)的所述内部隔室中开放。
8.根据权利要求7所述的开/关阀，包括紧固体(50)，所述紧固体(50)从外部旋拧到所述牵引件(30)的端部(30a)，使得所述密封元件(40)封装在所述紧固体(50)和所述端部(30a)之间。
9.根据权利要求7或8所述的开/关阀，包括完全中空的固定夹套(16)，所述夹套(16)包括密封地容纳在所述主阀座(8)内的端部(18)，所述牵引件(30)可滑动地并且密封地容纳在所述夹套(16)的内部，所述可动芯(24)在所述夹套(16)的内部可滑动。
10.根据权利要求9所述的开/关阀，其中，所述螺线管组(100)包括固定芯(22)，所述固定芯(22)容纳在所述夹套(16)内，且位于所述阀体(2)的外部。
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