CN214500878U - 一种用于移动物体的储氢器组合阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于移动物体的储氢器组合阀，属于能源设备领域。所述组合阀包括：阀体；连接口，与储氢瓶的出气口连通，向阀体内传输氢气；通气口，与连接口连通，接收氢气并传输至所述储氢瓶，和/或传输氢气至电堆；控制阀，设置在通气口与连接口的连接点上，控制连接口与通气口通路的开闭；安全阀，与连接口相连通，保证储氢瓶内部压力控制在1‑3MPa的低压范围；调压阀，设置在连接口与通气口的通路上，用于控制所述阀体内的气压。本实用新型通过在出气口连接密封接头，在运输、更换储氢器时，所述第一接头处于断路状态，自动封闭组合阀的出气口，提高了组合阀的气密性，进一步减小氢气泄露量，快速便捷更换储氢器。

Description

一种用于移动物体的储氢器组合阀

技术领域

本实用新型属于能源设备领域，尤其是一种用于移动物体的储氢器组合阀。

背景技术

以储氢罐作为氢气的储存装置，已是相当的普遍，无论是氢能燃料电池系统或应用氢能燃料电池的其他产品，都是需要氢气的供应。目前氢气储存的技术主要可分为高压气体、液态氢与储氢合金三种，其中高压气体储氢方式的能量、重量、密度较高，但是体积较大，而且安全性较差。液态氢储氢方式的能量、重量、密度虽也较高，但是液化能量消耗大，同时须使用隔热储槽，一般适合用在大型储存槽；储氢合金储氢方式的能量、重量、密度能够满足基本的使用需求，但是安全性比较高。

用于移动物体的储氢器组合阀的出气口一般与管路相连接，用于电堆供气，因此更换储氢瓶存在安全隐患，后期维护成本较高，在多次更换储氢瓶后，会导致所述管路的气密性直线下降，甚至可能影响电堆的正常供氢。所以需要设计一种用于移动物体的储氢器组合阀，能够快速便捷进行更换储氢器。

实用新型内容

本实用新型的发明目的是提供一种用于移动物体的储氢器组合阀，以解决背景技术中所涉及的问题。

本实用新型的技术方案包括两个方面。一方面，本实用新型提供一种用于移动物体的储氢器组合阀，所述组合阀为多功能集成阀；

所述组合阀包括：

阀体；

连接口，与储氢瓶的出气口连通，向所述阀体内传输氢气；

通气口，与所述连接口连通，接收氢气并传输至所述储氢瓶，和/或传输氢气至电堆；

控制阀，设置在通气口与所述连接口的连接点上，控制所述连接口与通气口通路的开闭；

安全阀，与所述连接口相连通，保证瓶体内部压力控制在1-3MPa的低压范围；

调压阀，设置在所述连接口与通气口的通路上，用于控制所述阀体内的气压。

优选地或可选地，所述通气口连接有密封接头；

所述密封接头包括：与通气口相连接的第一接头，与用于电堆供气管路相连接的第二接头；

当第一接头与第二接头处于断开状态时，所述第一接头具有截流功能，形成断路；

当第二接头插接于第一接头时，形成通路，并通过管路向电堆供气管路提供氢气。

优选地或可选地，所述组合阀为一体成型结构。

优选地或可选地，所述组合阀安装在所述储氢瓶的通气口；组合阀与储氢瓶之间为一体式连接关系。

优选地或可选地，所述阀体采用铝合金、钛合金或金属铜制成。

优选地或可选地，所述连接口的一端设置有压力传感器，并在所述安全阀上安装有自动触发装置，用于启动安全阀。

优选地或可选地，所述第一接头包括：与所述通气口密封连接的第一本体部，与所述第二接头密封连接的第二本体部，在所述第二本体部内设置有密封气嘴，设置在所述密封气嘴外部的弹性件；

所述弹性件为蓄能状态，使得所述密封气嘴有保持闭合的趋势。

优选地或可选地，所述第二接头包括：与所述第二本体部密封连接的第三本体部；与电堆供气管路密封连接第四本体部，在所述第三本体部内部设置有顶柱，在所述顶柱为中空管道；

当第二接头插接于第一接头时，所述顶柱顶起所述密封气嘴，迫使所述密封气嘴张开，形成通路，并通过中空管道向电堆供气管路提供氢气。

优选地或可选地，所述第一接头和第二接头之间通过卡扣或紧固件进行连接。

另一方面，本实用新型还提供一种用于移动物体的储氢器组合阀的控制方法，包括如下步骤：

充气过程中，调整控制阀，连通通气口与连接口，然后在通气口上外接负压设备，对储氢瓶进行抽真空，活化储氢瓶内部的固态储氢材料；然后调整控制阀，连通通气口和连接口，然后在通气口上外接氢气设备，实现充氢；

出气过程中，将第二接头与第一接头相连接，然后调整控制阀，连通通气口与连接口，然后在通气口上外接电堆供气管路，实现对电堆的供气；

泄压过程中，压力传感器的检测压力大于压力阈值，自动触发打开安全阀，连通安全阀与连接口，实现自动泄压。

本实用新型涉及一种用于移动物体的储氢器组合阀，相较于现有技术，具有如下有益效果：

1、通过将多个功能阀进行组合设计成组合阀，所述组合阀的设计结构合理、集成度高、安全性能好、使用寿命长。进一步简化了氢燃料电动自行车的管路布置，减小管路之间相互交错缠绕的可能性，降低后期维护难度。

2、通过在通气口连接密封接头，在运输、更换储氢器时，所述第一接头处于断路状态，自动封闭组合阀的通气口，提高了组合阀的气密性，进一步减小氢气泄露量，快速便捷更换储氢器。

3、通过设计密封气嘴，并在密封气嘴外部设置弹性件，所述弹性件蓄能，使得所述密封气嘴有保持闭合的趋势，提高密封气嘴在断开时的密闭性。

4、将弹性件截面形状设计为“W”，一方面，所述弹性件蓄能，使得所述密封气嘴有保持闭合的趋势能够发生一定形变，当所述弹性件发生形变，所述弹性件还可以起到密封圈的作用，尤其是当弹性件发生形变时，可以大大增强密封效果。

5、在第一本体部和第三本体部外表面均设置两个环形唇口，并形成密封腔体，提高了第一接头与通气口、第二接头和第一接头连接的密封性。

6、在所述第一接头和第二接头之间设置有卡扣或紧固件，用于抵消所述密封气嘴对顶柱有一个向后的作用力，保证所述在所述第一接头和第二接头连接稳定性和密封性。

7、在第二本体部内侧设置有一个截面形状为三角形的凹槽，在所述第三本体的外边沿设置有与所述凹陷相配合的嵌入体。通过将所述嵌入体嵌合于所述凹槽内，提高所述第二接头和第一接头连接的密封性。

8、本实用新型中的组合阀，通过集成阀体、过滤组件、调压阀组件、加注阀组件和截止阀组件,使阀组件的集成度高、结构合理紧凑、重量轻，提高阀组件的系统质量储氢率，降低气体泄漏风险。

附图说明

图1为现有技术中储氢器及其走线结构意图。

图2是本实用新型中储氢器的出气口处的截面示意图。

图3是本实用新型中组合阀的结构示意图。

图4是本实用新型中组合阀的连接示意图。

图5是本实用新型中一优选实施例的组合阀的连接示意图。

图6是本实用新型中密封接头的结构示意图。

图7是本实用新型中弹性件的局部放大图。

附图标记为：

组合阀100、储氢瓶200、电堆300、功能阀400；

连接口111、充气口112、安全阀113、调压阀114、出气口115、控制阀116、阀体117；

第一接头120、第一本体部121、第二本体部122、密封气嘴123、弹性件124、第一唇口125、第二唇口126、第一密封腔体127、凹槽部128；固定部123a、弯折部123b、密封部123c；

第二接头130、第三本体部131、第四本体部132、顶柱133、第三唇口134、第四唇口135、第二密封腔体136、嵌入体137；

环形凹槽141、锁紧件142、凸起点143、限位件144。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

在本实用新型中，所述移动物体主要是指以燃料电池作为动力系统在路面上行驶的各种移动物体，包括但不限于车辆，飞机，船舶等移动物体，本实用新型以氢燃料电动自行车为例进行论述。参阅图1，为现有技术中储氢器及其走线结构意图；现有技术中各种功能阀400作为独立主体，一端通过管路与储氢瓶200相连接，另一端通过管路连接多级减压阀，然后再与电堆300相连接，实现储氢瓶200的充氢、减压和出氢，电堆300的供氢，由此导致氢燃料电动自行车的管路复杂，相互交错缠绕，增加后期维护难度。

基于上述工程场景，为了简化管路布置，提高氢燃料电动自行车的结构的合理性，参阅图2至3，本实用新型提供一种用于移动物体的储氢器组合阀100，所述组合阀100为多功能集成阀；所述组合阀100包括：阀体117、连接口111、充气口112、出气口115、控制阀116、安全阀113和调压阀114；其中，连接口111与所述瓶体的连通，向所述阀体117内传输氢气；充气口112与所述连接口111连通，单向接收氢气并传输至所述连接口111；出气口115与所述连接口111连通，接收氢气并连接至一电堆300，并向所述电堆300提供15-65kpa的氢气，需要说明的是，对于本领域技术人员而言，在不影响其功能实现的前提下，可以将所述充气口112和出气口115合二为一，形成通气口；控制阀116设置在充气口112、出气口115与所述连接口111的连接点上，控制所述连接口111与充气口112通路、所述连接口111与出气口115通路的开闭；安全阀113与所述连接口111相连通，保证瓶体内部压力控制在1-3MPa的低压范围；调压阀114设置在所述连接口111与出气口115通路上，用于控制所述阀体117内的气压。通过将多个功能阀400进行组合设计成组合阀100，所述组合阀100的设计结构合理、集成度高、安全性能好、使用寿命长。进一步简化了氢燃料电动自行车的管路布置，减小管路之间相互交错缠绕的可能性，降低后期维护难度。

在进一步实施例中，参阅图4，所述连接口111处设置有双向阀；所述出气口115上设置有保压阀或单向阀，当所述储氢瓶内的压力大于外部压力时，所述出气口115才处于通路状态；所述充气口112上设置有单向阀，当充气口112接通外接气源后，只能有外接气源单向流通至储氢瓶，而不能有储氢瓶反向流动，保证了组合阀100的气密性。

在进一步实施例中，所述充气口112和出气口115合二为一，形成通气口，并在所述通气口与连接口111的通道上设置有双向阀，在充气过程中，所述双向阀保证氢气由通气口向所述连接口111的单向流通；在出气过程中，所述双向阀保证氢气由连接口111向所述通气口单向流通。或者，参阅附图5，在所述通气口和连接口111之间设置有两个通气管路，在两个通气管道上分别设有单向阀，一个单向阀保证供气至电堆，一个单向阀保证充气至瓶体内。通过对阀体内的通气管路进行设计，减少组合阀对外的连接接口，使阀体的集成度高、结构合理紧凑、重量轻，降低气体泄漏的风险。

在进一步实施例中，参阅图6至7，所述出气口115的出气口连接有密封接头；所述密封接头具有截流功能，所述密封接头包括第一接头120和第二接头130两部；其中，所述第一接头120与出气口115相连接，第二接头130通过管路与电堆300相连接，用于电堆300供气。当第一接头120与第二接头130处于断开状态时，所述第一接头120具有截流功能，形成断路，避免氢气泄漏；当第二接头130插接于第一接头120时，形成通路，并通过管路连接至电堆300，向电堆300提供氢气；通过在出气口115的阀口连接密封接头，在运输、更换储氢器时，所述第一接头120处于断路状态，自动封闭组合阀100的出气口，提高了组合阀100的气密性，进一步减小氢气泄露量，同时快速便捷更换储氢器。

在进一步实施例中，所述组合阀100为一体成型结构，具有更好的密封性和结构稳定性。且所述组合阀100安装在所述储氢瓶的出气口；组合阀100与储氢瓶之间为一体式连接关系，而非管路连接或线路连接，直接由工厂根据设计要求进行一体式生产和安装，所述连接结构包括但不限于螺纹配合、卡固配合、焊接等固定连接方式，使得所述储氢瓶与组合阀100形成一个封闭腔体。在所述封闭腔体内存放有固态储氢材料，所述固态储氢材料被加热后，经过组合阀100向电堆300提供氢气压力为15-50kpa，使得在未使用时，储氢瓶的内部压力较小(普遍意义上的低压储氢)，不会对用户产生危害。

在进一步实施例中，所述阀体117采用铝合金、钛合金或金属铜制成。由于所述阀体117需要长期暴露于氢环境中，会导致阀体117发生相应的塑性降低现象，产生氢致脆性断裂行为，因此为了提高阀体117的抗氢脆性能，优选地，在本实用新型中所述阀体117采用铝合金6061制成或采用铝合金6061作为阀体117的制备作为保护层，至少覆盖所述阀体117的内表面，以提高阀体117的服役寿命。

在进一步实施例中，所述连接口111的一端设置有压力传感器，所述压力传感器用于检测瓶内的压力变化。并在所述安全阀113上安装有自动触发装置，用于启动安全阀113。自动触发装置包括压力比较电路、阀门控制电路。具体地，压力比较电路与压力传感器电连接，其内存储有上述压力阈值(可以是具体数值或数据范围)，其将接收压力信号并对当前大气压与压力阈值比较；阀门控制电路与压力比较电路、安全阀113电连接，压力比较电路的比较结果，如当前监测到的压力大于压力阈值、当前压力等于压力阈值、当前压力小于压力阈值等，将被发送至阀门控制电路，基于不同的比较结果，生成不同的指令，例如当前压力大于压力阈值或当前压力等于压力阈值时，表示储氢瓶内的压力过大，则将生成该激活指令，自动打开所述安全阀113。

需要说明的是，所述连接口111包括：起到进气截止、流通作用的执行单元，和内置在所述连接口111进气端的过滤单元；而所述压力传感器位于在过滤单元和执行元件之间，由于所述过滤单元将固态储氢材料放置隔离在进气端外，避免了由于静电作用，导致固态储氢材料吸附压力传感器的外表面，减小了固态储氢材料对压力传感器检测精度的干扰，并延长压力传感器的使用寿命。

在进一步实施例中，所述第一接头120包括：与所述出气口115出气口密封连接的第一本体部121，与所述第二接头130密封连接的第二本体部122，在所述第二本体部122内设置有密封气嘴123，设置在所述密封气嘴123外部的弹性件124；由于所述弹性件124蓄能，使得所述密封气嘴123有保持闭合的趋势。

具体地，在所述第一本体部121的外表面设置有环形的第一唇口125和第二唇口126，所述第一唇口125和第二唇口126之间留有预定间隙，当所述第一本体部121插接与所述出气口115出气口时，由于所述第一唇口125、第二唇口126与出气口115出气口之间为过渡配合，并在所述第一唇口125和第二唇口126之间形成一个腔体，即第一密封腔体127。通过所述第一唇口125、第二唇口126与出气口115出气口之间的过渡配合以及第一密封腔体127，实现所述出气口115出气口和第一本体部121的密封连接。

所示密封气嘴123包括：与所述第二本体部122固定连接的固定部123a，与所述固定部123a相连接、并沿着第一接头120中心轴倾斜的弯折部123b，以及与所述弯折部123b相连接的密封部123c；且所述密封气嘴123为一体成型结构。另外在所述密封部123c与第一本体部121之间设置有一个环形弹性件124，所述弹性件124位置被限制在所述密封部123c、第一本体部121之间，可采用固定安装的放置，或通过限位件144

进行固定，保证所述弹性件124的位置不会发生相对滑移，由于所述弹性件124蓄能，使得所述密封气嘴123有保持闭合的趋势。在本实用新型所述弹性件124的截面形状为“W”，其一端与第一本体部121相抵，另一端与所述密封部123c相抵。一方面，所述弹性件124蓄能，使得所述密封气嘴123有保持闭合的趋势能够发生一定形变，另一方面，当所述弹性件124发生形变，由于弹性件124外表面涂覆有一层柔性保护材料，因此所述弹性件124还可以起到密封圈的作用，尤其是当弹性件124发生形变时，可以大大增强密封效果。

在进一步实施例中，所述第二接头130包括：用于与所述第二本体部122密封连接的第三本体部131；与电堆供气管路密封连接第四本体部132，设置在所述第三本体部131内部并向外凸起、并与所述固定部123a间隙配合的顶柱133，且所述顶柱133为中空管道；当第二接头130插接于第一接头120时，所述顶柱133顶起所述密封气嘴123，迫使所述密封气嘴123张开，形成通路，并通过中空管道向电堆供气管路提供氢气。

同样的，在所述第三本体部131的外表面设置有环形的第三唇口134和第四唇口135，所述第三唇口134和第四唇口135之间留有预定间隙，当所述第三本体部131插接与所述第一接头120时，由于所述第三唇口134、第四唇口135与所述第二本体部122的内表面为过渡配合，并在所述第三唇口134和第四唇口135之间形成一个腔体，即第二密封腔体136。另外，在所述第二本体部122内侧设置有一个截面形状为三角形的凹槽部128，在所述第三本体的外边沿设置有与所述凹陷相配合的嵌入体137。通过将所述嵌入体137嵌合于所述凹槽部128内，所述第三唇口134、第四唇口135与第二本体部122的内表面之间的过渡配合，以及第二密封腔体136实现所述第二接头130和第一接头120的密封连接。

需要说明的是，所述第一接头120始终与所述组合阀100保持连接，因此所述出气口115出气口和第一本体部121连接的密封性尤为重要。因此当所述第一接头120安装在所述组合阀100上时，在所述出气口115出气口外部、与所述第一唇口125和第二唇口126相对齐的位置，设有一个环形凹槽141，在所述环形凹槽141上安装一个锁紧件142，所述环形凹槽141与所述锁紧件142为过渡配合，进而加强了所述密封气嘴123的闭合程度，所述第一唇口125、第二唇口126与出气口115出气口之间的过渡配合，因此进一步提高所述出气口115出气口和第一本体部121连接的密封性。

在进一步实施例中，由于弹性件124的蓄能作用，所述密封气嘴123对顶柱133有一个向后的作用力，因此在气体传输过程中，密封接头的连接稳定性就变得尤为重要了。因此在所述第一接头120和第二接头130之间设置有卡扣或紧固件，保证所述在所述第一接头120和第二接头130连接稳定性。在本实用新型中，在所述顶柱133的外表面上设置有多个凸起点143，并在所述固定部123a上设置有与所述凸起点143相对应的环形限位件144；在安装第二接头130时，将所述锁紧件142向靠近出气口115一侧滑动，然后将所述第二接头130插接于所述第一接头120上，由于所述第二本体部122能够发生轻微形变，凸起点143刚好可以滑过所述限位件144，然后再将所述锁紧件142向远离出气口115一侧滑动，导致所述凸起点143无法向后移动，进而实现所述第一接头120和第二接头130的固定。

为了方便理解用于移动物体的储氢器组合阀100的技术方案，对其控制方法做出简要说明：

充气过程中，调整控制阀116，连通出气口115与连接口111，然后在连接口111上外接负压设备，对储氢瓶进行抽真空，活化储氢瓶内部的固态储氢材料；然后调整控制阀116，连通充气口112和连接口111，然后在充气口112上外接氢气设备，实现充氢；

出气过程中，将第二接头130与所述第一接头120相连接，顶柱133顶起所述密封气嘴123，迫使所述密封气嘴123张开，形成通路，然后调整控制阀116，连通出气口115与连接口111，然后在出气口115上外接电堆供气管路，实现对氢气设备的供气；

泄压过程中，压力传感器的检测压力大于压力阈值，自动触发打开安全阀113，连通安全阀113与连接口111，实现自动泄压。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (9)

1.一种用于移动物体的储氢器组合阀，其特征在于，所述组合阀为多功能集成阀；

所述组合阀包括：

阀体；

连接口，与储氢瓶的出气口连通，向所述阀体内传输氢气；

通气口，与所述连接口连通，接收氢气并传输至所述储氢瓶，和/或传输氢气至电堆；

控制阀，设置在通气口与所述连接口的连接点上，控制所述连接口与通气口通路的开闭；

安全阀，与所述连接口相连通，保证储氢瓶内部压力控制在1-3MPa的低压范围；

调压阀，设置在所述连接口与通气口的通路上，用于控制所述阀体内的气压。

2.根据权利要求1所述的用于移动物体的储氢器组合阀，其特征在于，所述组合阀为一体成型结构。

3.根据权利要求1所述的用于移动物体的储氢器组合阀，其特征在于，所述组合阀安装在所述储氢瓶的出气口；组合阀与储氢瓶之间为一体式连接关系。

4.根据权利要求1所述的用于移动物体的储氢器组合阀，其特征在于，所述阀体采用铝合金、钛合金或金属铜制成。

5.根据权利要求1所述的用于移动物体的储氢器组合阀，其特征在于，所述连接口的一端设置有压力传感器，并在所述安全阀上安装有自动触发装置，用于启动安全阀。

6.根据权利要求1所述的用于移动物体的储氢器组合阀，其特征在于，所述通气口连接有密封接头；

所述密封接头包括：与通气口相连接的第一接头，与用于电堆供气管路相连接的第二接头；

当第一接头与第二接头处于断开状态时，所述第一接头具有截流功能，形成断路；

当第二接头插接于第一接头时，形成通路，并通过管路向电堆供气管路提供氢气。

7.根据权利要求6所述的用于移动物体的储氢器组合阀，其特征在于，所述第一接头包括：与所述通气口密封连接的第一本体部，与所述第二接头密封连接的第二本体部，在所述第二本体部内设置有密封气嘴，设置在所述密封气嘴外部的弹性件；

所述弹性件为蓄能状态，使得所述密封气嘴有保持闭合的趋势。

8.根据权利要求7所述的用于移动物体的储氢器组合阀，其特征在于，所述第二接头包括：与所述第二本体部密封连接的第三本体部；与电堆供气管路密封连接第四本体部，在所述第三本体部内部设置有顶柱，在所述顶柱为中空管道；

当第二接头插接于第一接头时，所述顶柱顶起所述密封气嘴，迫使所述密封气嘴张开，形成通路，并通过中空管道向电堆供气管路提供氢气。

9.根据权利要求8所述的用于移动物体的储氢器组合阀，其特征在于，所述第一接头和第二接头之间通过卡扣或紧固件进行连接。

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