CN215489089U - 一种超高压车载储氢瓶组合阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超高压车载储氢瓶组合阀，包括阀体，阀体内设置有减压阀，稳流稳压阀、截止阀、电磁阀、充气单向阀、过压安全阀、过热安全阀、放气阀、进气口滤芯和出气口滤芯、温度传感器、瓶内气压及输出气压传感器接口等，各零部件配置在阀体内，并由阀体内的相应通道连通，具有集成度高、安全性及监控性高的特点，输出压力可根据燃料电池要求进行调节，输出流量和压力的波动大幅降低，适合燃料电池的要求；停止供气期间减压阀后处于低压，打开电磁阀所需的电磁力较小；储氢瓶超压超温时，相应的过压、过热安全阀动作，将瓶内高压氢气释放卸压，避免超压爆炸；对储氢瓶内气压、温度及输出压力能随时进行监控。

Description

一种超高压车载储氢瓶组合阀

技术领域

本实用新型涉及阀门技术领域，具体涉及一种超高压车载储氢瓶组合阀。

背景技术

高压氢能源燃料电池汽车由于完全没有污染，能量储存密度高，充气时间短，续驶里程长，车辆利用率高，并且随着制氢技术的提高，制氢成本将大幅降低，因此得到世界各主要经济体的高度重视。我国政府也已将加氢设施的建设写进了2019年的政府工作报告，已有 20多个省市制定了发展规划。为了进一步提高续驶里程和提高整车性能，各国制造商正在将储氢瓶的气压由35MPa提高至70MPa，这就对储氢瓶和瓶阀提出了更严格的要求，对瓶阀而言，要求安全性高，功能集成度高和监控性高，因此瓶阀必须是一个功能齐全、性能优良和工作可靠的组合阀。目前我国大多采用的是加拿大Luxfer公司生产的70MPa高压组合阀，其集成了流量限制器、电磁阀、过热安全阀、手动截止阀、放气阀、滤芯以及瓶压传感器和温度传感器，该组合阀的不足之处是：该组合阀虽设有流量限制器，但无稳流装置，因此输出的流量波动很大，此外，无论是否供气，阀内始终处于与瓶内气压相当的高压，这容易造成泄漏和不安全，并且要求电磁阀有相当高的电磁力和散热能力，或者采用带有先导阀的电磁阀，这使结构比较复杂，再此，由于氢燃料电池只能承受较低的气压，因此，阀外必须再经减压阀减压后才能向氢燃料电池供气，这不但增加了连接上的复杂性和泄漏点，并且由于减压阀输入压力的范围很大(70MPa到5MPa)，因此输出的压力波动也很大，而燃料电池希望能提供比较稳定的流量和压力。

为了解决阀内高压问题，公开号CN101418910A的专利中提出，供气时瓶内高压氢气首先通过内置的减压阀将压力减至设定压力，然后通过电磁阀进入供氢管路，但从该专利的图2和文字说明来看，这只并不是减压阀，而是降压阀，因此如果降压太小，那么阀内仍处于高压状态，如果降压太大，瓶内氢气不能充分利用，当瓶内气压小于弹簧压力时，就不能向外供气了。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术的高压氢能源燃料电池汽车中的超高压车载储氢瓶阀所存在的问题，提供一种超高压车载储氢瓶组合阀，具有安全性、功能集成度及监控性高的优点。

本实用新型为解决上述技术问题采用的具体技术方案是，一种超高压车载储氢瓶组合阀，包括阀体，阀体内设置有减压阀、稳流稳压阀、截止阀、电磁阀、充气单向阀、过压安全阀、过热安全阀、放气阀、进气口滤芯、出气口滤芯、温度传感器、瓶内气压及输出气压传感器接口；充气时，高压氢气经充气口滤芯打开充气单向阀，通过阀体内的相应通道，向储氢瓶充气；供气时，储氢瓶内的高压氢气经减压阀、稳流稳压阀、截止阀、电磁阀及出气口滤芯向氢燃料电池供气；减压阀的输出压力可根据燃料电池要求进行调节，稳流稳压阀用于降低输出流量和压力的波动。

本实用新型的组合阀在向储氢瓶充气时，高压氢气首先经充气口滤芯过滤，以免杂质进入储气氢瓶和阀内，然后经充气单向阀进入储氢瓶。充气单向阀的作用是，当停止充气时，阻止氢气逆向流出，实现保压；储氢瓶内的高压氢气，经阀体内的相应通道与过压安全阀、过热安全阀、放气阀、瓶内气压传感器、输出压力传感器及瓶内气温传感器相连；过压安全阀的功能是，当充气压力高于70MPa，或由外界温度上升引起瓶内气压超过70MPa时，会自动打开放气，以免储氢瓶超压爆炸；过热安全阀的功能是，由于环境升温(例如车辆燃烧)，致使组合阀温度上升至110±5℃时，为防止储氢瓶过热超压爆炸，过热保护装置动作，将瓶内氢气向外排放；放气阀的功能是，当减压阀或电磁阀等发生故障无法向燃料电池供气时，可手动打开放气阀，将瓶内氢气向外排出或排入其他容器；瓶内气压传感器用于观察瓶内氢气的压力，当气压降至最低工作压力时应及时充气，当充气压力达到70MPa时应停止充气；输出压力传感器用于观察输出压力是否符合燃料电池的要求；瓶内温度传感器用于观察瓶内氢气的温度，正常温度范围为-40℃到85℃，超温时应及时检查有无事故或不适当的操作发生。

当储氢瓶向燃料电池供气时，电磁阀打开，氢气首先进入减压阀，然后通过稳流稳压阀、电磁阀和出气口滤芯向燃料电池供气，减压阀的功能是将阀前的高压减至燃料电池所需的低压，并且在停止供气期间，阀内也保持低压；稳流稳压阀的功能是控制输出流量和压力的波动，此外，当通过的流量过大时(如下游管道破裂)，能自动关闭气路，停止供气；截止阀的功能是当电磁阀检修或更换出气口滤芯时可关闭截止阀；电磁阀的功能是开启或关闭向燃料电池供气；出气口滤芯的功能是防止杂质进入燃料电池。

作为优选，阀体由相互垂直的上下两部分组成，上部为长方体，下部为一阶梯形圆柱，圆柱上段的外螺纹与储氢瓶瓶口上方的内螺纹旋合，圆柱下段与瓶口下方的内孔滑配，圆柱下段的环形凹槽内设有O型密封圈一和挡圈一；各零部件设置在阀体的相应孔内，并由阀体内的相应通道连通；各通道口由钢球和封口螺钉封堵。

作为优选，减压阀设置在圆柱一侧的阶梯形纵向孔中，阶梯形纵向孔相对于圆柱中心线偏移，减压阀包括上阀套、中阀套、下阀套、金属膜片、滑阀、弹簧一、调节螺钉一、螺母一、上弹簧座、下弹簧座及阀座一，各零件中心线在同一轴线上；下阀套的下筒体与阀体的相应孔滑配，外圆上设有环形槽，下方的扁圆柱上具有若干条纵向槽，下阀套上端直径稍大的扁圆柱的下端抵靠在相应孔的端面上，下阀套的中心有一直径上大下小的阶梯形盲孔，环形槽通过其上方筒壁上的四个径向孔一与减压阀的高压腔相通；中阀套的外圆与阀体的相应孔滑配，并设有O型密封圈二及O型密封圈三，上方有一个圆形凹坑，下方是一个二阶阶梯孔，阶梯孔的大孔与下阀套上端的扁圆柱滑配，中孔中紧配有阀座一，阀座一的材料为硬度较低的聚酰亚胺树脂，阀座一的内孔下方有一锥孔，内孔直径和滑阀下段的柱塞直径相同；中阀套阶梯孔的小孔筒壁上有四个均布的径向孔二，径向孔二的外口设有环形凹槽；上阀套的外螺纹旋合在阀体相应的螺孔中，中心具有孔的金属膜片被压紧在上阀套和中阀套之间；上阀套的顶端设有调节螺钉一，内腔中设有上弹簧座和下弹簧座，弹簧一设置在上、下弹簧座之间；滑阀下段是一个柱塞，中段是一个锥体，上段是一个小轴，顶端是一个连接螺钉，柱塞滑配在下阀套的相应孔中，底面有一个凹坑，外圆上有若干条环形均压槽，下端设有O 型密封圈四；中段锥体的锥度与阀座一下方锥孔的锥度相同，两者组成减压阀阀口，顶端的连接螺钉穿过密封垫一、金属膜片和下弹簧座中心的孔，由螺母二连接成一体，滑阀的中心有一个自下至上的盲孔，上段小轴上有一个与其相通的径向孔三。

作为优选，稳流稳压阀和截止阀设置在阀体长方体的右上方，稳流稳压阀和截止阀均设置在阀套一内，稳流稳压阀包括阀套一、阀芯一、弹簧二，各零件的中心线在同一轴线上，阀套一的外圆与阀体长方体的相应孔滑配，并设有O型密封圈五，并旋合在长方体相应的螺孔中，内孔的中心为轴孔一，轴孔一左端通过一个锥孔与轴孔二相通，阀芯一左端的大径动配在轴孔二中，大径上有若干条均压沟槽，右方小轴的顶端是一个锥台，锥台的锥角与上述锥孔的锥度相同，二者组成稳流稳压阀阀口，转动阀套一即能调节稳流稳压阀阀口的开度，调节后由锥端螺钉紧定；阀芯一的中心有一阶梯孔，阶梯孔小孔的孔壁上设有四个均布的径向孔四，用以连通阶梯孔和阀腔一，弹簧二设置在轴孔二的顶面和阀芯一的肩胛之间；在轴孔一右端具有轴孔三，轴孔三筒壁上设有四个均布的径向孔五，径向孔五外口的外径上设有环形凹槽；轴孔三中设有阶梯形的调节螺钉二，其与阀套一的中心线一致，右端外螺纹与阀套一相应的内螺纹旋合，左端的小轴与轴孔三滑配，并设有O型密封圈六，小轴顶端有一个锥台，锥台的锥角与轴孔一右端倒角的锥度相同，两者组成截止阀阀口。

作为优选，电磁阀设置在长方体的右下方，电磁阀包括电磁铁和阀座二，电磁铁的筒身与长方体上相应的孔滑配，并设有密封圈，由挡圈二定位，出线电缆穿过长方体底部的孔，并由导线密封接头固定；电磁铁衔铁前方的圆环端面上设有凹坑，凹坑中设置由螺钉固定的密封垫三；阀座二旋合在长方体相应的螺孔中，中部直径稍小的圆柱与相应的孔滑配，并设有O型密封圈七，圆柱的顶端设有一小锥台，阀座二的中心有一阶梯孔，阶梯孔的小孔与顶端小锥台的顶面形成一条环形刃边，该环形刃边与密封垫三组成电磁阀阀口，阶梯孔的中孔中设有出气口滤芯，并有挡圈定位，阶梯孔的大孔中设有出气孔；电磁阀为常闭型，不通电时衔铁在电磁铁内部弹簧的作用下使电磁阀阀口关闭；转动阀座二即能调节电磁阀阀口的开度，调定后由锥端螺钉紧定。

作为优选，充气单向阀设置在长方体左侧的中下方，充气单向阀包括充气阀套、弹簧四、阀芯二，各零件的中心线在同一轴线上，充气阀套大径上的外螺纹与长方体上相应的内螺纹旋合，小径与相应的孔滑配，并设有密封圈，内孔中心的轴孔四的左端为一阶梯孔，大孔中设有内螺纹，小孔中安装有充气口滤芯，并有挡圈定位，轴孔四右端的孔底设有凹槽，孔中动态配有阀芯二，阀芯二的左端是一个锥台，锥台的锥度与轴孔四右端倒角的锥度相同，两者组成单向阀阀口，中心的盲孔中设有弹簧四，盲孔左端的筒壁上设有四个均布的通孔，充气阀套筒壁的上设有四个均布的通孔，通孔外口的外圆上设有环形凹槽。

作为优选，过压安全阀和过热安全阀设置在长方体的左上方，两者设计成一体，包括阀套二、阀芯四、弹簧三、活塞、熔栓块、调节螺柱和锁紧螺母一，各零件的中心线位于同一轴线上；阀套二的外螺纹与相应孔的内螺纹旋合，下方圆柱体与相应孔滑配，底端倒角处设有密封圈，中心具有阶梯孔，阶梯孔的大孔中设有内螺纹，小孔中滑配有活塞；阀芯四的下锥体上平面与活塞下端面间设有弹簧三，阀芯四的下端部锥体的锥度与阀套二底墙中心孔上方倒角的锥度相同，二者组成安全阀阀口，阀芯四的柄端松配在活塞底端的盲孔中；调节螺柱的外螺纹旋合在阀套二大孔的内螺纹中，顶端具有内六角孔，底端设有凹坑，中央设有连通孔，凹坑中设置熔栓块，阀套二筒壁的上设有四个均布的通孔，通孔外口的外径上设有环形凹槽与泄放孔(B4)相通。

作为优选，放气阀设置在长方体的左下方，包括阀座三、螺钉、阀芯三、弹簧五及锁紧螺母二，各零件的中心线位于同一轴线上；阀座三大径上的外螺纹与阀体的相应内螺纹旋合，小圆柱与相应孔滑配，顶端倒角处设有O型密封圈八，内孔两头的直径大中间的直径小，上孔底设有环形凹槽，孔内动配有阀芯三，阀芯三下端锥台的锥度与中段小孔上方的倒角的锥度相同，两者组成放气阀阀口，阀芯三的盲孔中设有弹簧五，盲孔底的筒壁上设有四个均布的通孔；下孔中的内螺纹与螺钉的外螺纹旋合，螺钉上方小圆柱与阀座三中段的小孔滑配，并设有密封圈，顶端小轴的顶面与阀芯三锥台的顶面相对，平时是不接触的；阀座三的筒壁中部附近设有四个均布的通孔，通孔外口的外径上设有环形凹槽，与放气孔相通。

作为优选，阀体圆柱的另一侧还设有纵向孔和横向孔，纵向孔的下端螺接温度传感器，并由密封垫二密封，其导线穿过纵向孔和横向孔通向组合阀外，由导线密封接头固定。

本实用新型的有益效果是：1、组合阀内设置了一只减压阀，不论储氢瓶内气压多高，输出气压可根据燃料电池的要求进行调节；避免了普通瓶阀需外接减压阀带来的连接上的麻烦和增加了泄漏点，并且，即使在停止供气期间，减压阀后始终保持低压，当再次供气时，电磁铁只要以较小的力就能打开电磁阀。2、由于减压阀的输出压力有一定的波动，如果其后直接串接普通节流阀，那么输出的流量和压力必然也是波动的，本实用新型在减压阀后串接了一只稳流稳压阀，使输出的流量和压力基本保持稳定，性能比普通瓶阀有了提高，满足了燃料电池的工作要求。3、本组合阀与Luxfer组合阀相比，除增设上述二阀外，还增设了瓶压安全阀和输出压力传感器，因此集成度更高、监控性更高。4、结构紧凑，安全性高。

附图说明

图1是本实用新型超高压车载储氢瓶组合阀的工作原理图；

图2是本实用新型超高压车载储氢瓶组合阀的纵向剖面图；

图3是本实用新型超高压车载储氢瓶组合阀的横向M-M剖面图。

图中：1.阀体，2.上阀套，3.弹簧一，4.上弹簧座，5.螺母一，6.调节螺钉一，7.防护罩， 8.螺母二，9.下弹簧座，10.金属膜片，11.封口螺钉，12.钢球，13.密封垫一，14.中阀套，15. 滑阀，16.下阀套，17.O型密封圈四，18.挡圈一，19.O型密封圈一，20.温度传感器，21.密封垫二，22.O型密封圈二，23.导线密封接头，24.阀座一，25.O型密封圈三，26.调节螺钉二，27.O型密封圈六，28.阀套一，29.阀芯一，30.弹簧二，31.调节螺柱，32.锁紧螺母一，33.熔栓块，34.活塞，35.阀套二，36.弹簧三，37.阀芯四，38.充气阀套，39.充气口滤芯，40.阀芯二，41.弹簧四，42.O型密封圈八，43.阀芯三，44.阀座三，45.O型密封圈九,46.锁紧螺母二，47.螺钉二，48.弹簧五，49.电磁铁，50.挡圈二，51.密封垫三，52.螺钉一，53.出气口滤芯，54.O型密封圈七，55.阀座二，56.O型密封圈五，a.纵向槽，b.环形槽，c.通道一， d.通道二，e.通道三，f.通道四，g.径向孔一，h.径向孔三，i.底墙中心孔，j.通道五，k.通道六，l.气孔，m.盲孔，n.径向孔二，p.轴孔二，q.径向孔四，r.轴孔三，s.径向孔五，t.通道七，u.通道八，w.连通孔，x.轴孔四，y.轴孔一，z1.纵向孔，z2.横向孔，A1.连接螺孔一A2. 连接螺孔二，B1.出气孔，B2.充气孔，B3.放气孔，B4.泄放孔，H.纵向孔，V1.减压阀阀口，V2.稳流稳压阀阀口，V3.截止阀阀口，V4.电磁阀阀口，V5.安全阀阀口，V6.单向阀阀口，V7.放气阀阀口，Z1.高压腔，Z2.阀腔一，Z3.阀腔二，Z4.电磁阀腔。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。

实施例1

本实用新型超高压车载储氢瓶组合阀的工作原理如图1所示，构造参见图2和图3，由阀体1、充气口滤芯39、出气口滤芯53、减压阀、稳流稳压阀、截止阀、电磁阀、充气单向阀、放气阀、过热安全阀、过压安全阀、瓶压和输出压力传感器连接螺孔一A1及连接螺孔二A2、出气孔B1，充气孔B2，放气孔B3和泄放孔B4等组合而成，各零部件安装在阀体1内，并有阀体内的相应通道按设计要求连通，阀体1的材料是高强度铝合金，因此重量轻。阀体1由相互垂直的上下两部分组成，上部基本上为一长方体，下部基本上为一阶梯圆柱；圆柱上方的外螺纹与储氢瓶瓶口上方的内螺纹旋合，圆柱下方的下圆柱与瓶口下方的内孔滑配，下圆柱的凹槽内设有O型密封圈一19和挡圈一18，挡圈一18用于防止高压氢气将O型密封圈一19挤入配合间隙中。

圆柱一侧的阶梯形纵向孔中设置减压阀，纵向孔相对于圆柱中心线O-O偏移D(参见图2)，其在长方体平面上的位置参见图3。减压阀由上阀套2、中阀套14、下阀套16、金属膜片10、滑阀15，弹簧一3、调节螺钉一6、螺母一5、上弹簧座4、下弹簧座9及阀座一 24等零件组成，各零件的中心线在同一轴线上，下阀套16为阶梯形套筒，下筒体的外圆与阀体1圆柱中的相应孔滑配，外圆上加工有较宽的环形槽b，下方短圆柱上具有若干条纵向槽a，以将从阀体1圆柱底端的纵向孔H输出的高压氢气通过纵向槽a、环形槽b、通道一c、通道二d、通道三e和通道四f送向位于阀体1长方体左侧的过热过压安全阀、充气单向阀、放气阀和瓶内气压传感器连接的连接螺孔A1(参见图3)；下阀套16上端扁圆柱的下端面抵靠在阀体1相应孔的端面上，下阀套16的中心有一直径上大下小的阶梯形盲孔，环形槽b通过其上方的四个径向孔一g将高压氢气送向减压阀的高压腔Z1；中阀套14设置在下阀套16 的上方，外圆与阀体上的相应孔滑配，并设有O型密封圈二22及O型密封圈三25，上方有一个较浅的圆形凹坑，下方是一个二阶阶梯孔，大孔与下阀套16上端的扁圆柱滑配，中孔中紧配有阀座一24，阀座一24的材料为硬度较低的聚酰亚胺树脂，其内孔下方有一锥孔，作为减压阀阀口的阀座，内孔和滑阀15下端的柱塞直径相同，中阀套14小孔的筒壁上有四个均布的径向孔二n，径向孔二n的外口车有环形凹槽，以将减压后的氢气通过径向孔二n、环形凹槽、通道五j和通道六k(参考图3)送往位于阀体1长方体右上方的稳流稳压阀；上阀套2的外螺纹旋合在阀体1的相应螺孔中，中心具有小孔的金属膜片10设置在上阀套2和中阀套14之间，旋紧上阀套2，即能使下阀套16压紧在阀体1相应孔的端面上。中阀套14压紧在下阀套16上以及金属膜片10压紧在上阀套2和中阀套14之间，上阀套2的外形和内腔均为阶梯形，顶端旋合有调节螺钉一6，内腔中设有上弹簧座4和下弹簧座9，弹簧一3设置在上下弹簧座之间，上阀套2上端的小外圆柱上车有外螺纹，用于安装防护罩7，小外圆柱的两侧有两个平行的平面，用于安装时用扳手拧紧上阀套2，二个平面上各钻有与内孔相通的气孔l，以消除膜片10上下运动时的气闭现象。

滑阀15的下段是一个柱塞，中段是一个锥体，上段是一个小轴，顶端是一个连接螺钉，柱塞滑配在下阀套16的相应孔中，底面有一个凹坑，为了减小超高压下的径向不平衡力，以减小滑阀15运动时的摩擦力，在外圆上车有若干条环形均压槽，均压槽内径与滑阀15的外圆同心，为了防止在70MPa超高压下柱塞与孔间隙的泄露，两者的表面粗糙度应≤0.2微米，配合间隙≤10微米，并在下端设有O型密封圈四17；因为滑阀15随着气压的变化和波动是在相应孔中不断地上下运动的，为了降低摩擦系数，柱塞的表面涂以TiN或CrN；中段锥体的锥度与阀座一24下方锥孔的锥度相同，两者组成减压阀阀口V1，为了保证闭阀时的密封性，两锥面的表面粗糙度应≤0.2微米；顶端的连接螺钉穿过密封垫一13、金属膜片10 和下弹簧座9中心的孔，由螺母二8连接成一体。滑阀15的中心有一个自下至上的盲孔m，上段小轴上有一个与其相通的径向孔三h，以将减压后的氢气引入柱塞的底腔中。有上述介绍可知，由于滑阀15下段柱塞的直径与阀座一24内孔的直径相同，因此，不管进口压力多大，作用在滑阀15上的合力为零，这十分有利于输出压力的稳定。此外，由于阀座一24的材质较软，在停止供气、减压阀阀口V1关闭时，在下游压力的作用下会产生适当的变形，使密封面更为贴合，有利于密封。

减压阀的工作原理如下：当电磁阀阀口V4关闭停止供气时，膜片10下腔的气压升高，膜片10带动滑阀15上升，克服弹簧一3的压力将减压阀阀口V1关闭，因此，减压阀阀口V1的下游都处于低压；当电磁阀打开向下游供气时，膜片10下腔的压力降低，在弹簧一3 的推动下，滑阀15向下运动，随着减压阀阀口V1的逐渐打开，膜片10下腔的压力逐渐升高，当与弹簧一3的设定压力平衡时，减压阀阀口V1的开度大小一定，即节流降压大小一定，减压阀便有了一定大小的压力输出，因此，通过螺钉一6调节弹簧一3的松紧程度，即能调节输出气压的大小，调定后用螺母一5锁定，一旦输出气压调定后，如果瓶压或输出的流量发生波动，那么，减压阀就会利用自身的构造自动进行调节，使输出的气压基本上保持不变；如果进口气压降低，在降低的瞬间，出口气压也必然降低，作用在膜片10下方的压力减小，这就破坏了原先作用在滑阀15上的力的平衡，滑阀15在弹簧一3的推动下向下运动，减压阀阀口V1的开度增大，节流降压作用减小，使出口压力回升到接近原调定的压力，滑阀15在新的位置上取得了新的平衡；如果流量增大(或减小)，流经减压阀阀口V1的流速也增大(或减小)，压力损失也增大(或减小)，造成了输出的压力降低(或升高)，从而使滑阀15下移(或上升)，减压阀阀口V1增大(或关小)，节流降压作用减小(或增大)，使输出压力回升(或降低)至原调定值。

由于滑阀15的运动存在摩擦力、瓶内气压由70MPa降至最低使用压力约5MPa时，减压阀阀口V1的开度大小不同，即弹簧压缩量有一定的变化，加之由于尺寸的限制，膜片 10的直径不能做得太大，因此输出压力有一定的波动，并造成输出流量的波动，因此，本实用新型在减压阀后串联了一只稳流稳压阀。

稳流稳压阀和截止阀设置在同一阀套一28内，前者由阀套一28、阀芯一29、弹簧二30等零件组成，各零件的中心线在同一轴线上，阀套一28的圆柱与阀体1长方体的相应孔滑配，并设有O型密封圈五56，右端的外螺纹旋合在相应的螺孔中，内孔的中心附近具有轴孔一y，轴孔一y的左端通过一个锥孔与轴孔二p相通，阀芯一29左端的大径动配在轴孔二 p中，大径上有若干条均压沟槽，右方小轴的顶端是一个锥台，锥台的锥角与上述锥孔的锥度相同，二者组成稳流稳压阀阀口V2，转动阀套一28即能调节稳流稳压阀阀口V2的开度，调节后由锥端螺钉紧定，阀芯一29的中心有一阶梯盲孔，小孔的孔壁上钻有四个均布的径向孔四q，用以连通内孔和阀腔一Z2，弹簧二30设置在轴孔二p的顶面和阀芯一29的肩胛之间。其工作原理如下：送气时，经减压后的氢气进入阀芯一29的内孔，继而经4个径向孔四 q及阀腔一Z2进入阀芯一29的下游端，由于稳流稳压阀阀口V2的节流降压作用，在阀芯一 29的两端产生压差，当压差达到一定值时，克服弹簧二30的压力向前运动，压差的大小取决于流量的大小、弹簧二30的预压力和刚度，以及稳流稳压阀阀口V2的预设开度，转动阀套一28即能微调弹簧二30的预压力即稳流稳压阀阀口V2的大小；当阀芯一29由两端压差产生的推力与弹簧二30的推力平衡时，阀芯一29处于平衡位置，此时通过的流量即为设定的流量。本阀能保证在进出口压力或流量发生波动时，保持输出的压力和流量基本不变。例如当输入压力降低时，在降低的瞬间，输出压力降低，同时由于阀芯一29两端的压差降低，通过稳流稳压阀阀口V2的流量也降低，但压差降低导致作用在阀芯左端的推力降低，在弹簧二30的推动下，稳流稳压阀阀口V2的开度增大，使通过的流量增大，从而使输出流量接近原值，同时，由于稳流稳压阀阀口V2开度的增大，节流降压作用减小，阀后压力上升，使输出压力基本保持不变；又如，当下游压力变化引起流量变化，例如流量增加时，在流量增加的瞬间，阀芯一29两端的压差增大，克服弹簧二30的推力，使阀芯一29向右移动，稳流稳压阀阀口V2的开度减小，通过的流量降低，从而保证通过的流量基本不变。如果流量大幅增大(例如下游管道破裂)，由于阀芯一29两端的压差大幅增加，克服弹簧二30的推力，致使其端部的锥面紧贴在锥孔的锥面上，稳流稳压阀阀口V2关闭，停止向下游供气。在轴孔一y右端具有轴孔三r，轴孔三r筒壁的适当位置上钻有四个均布的径向孔五s，径向孔五 s的外沿车有环形凹槽；从稳流稳压阀输出的氢气，通过轴孔一y、轴孔三r、径向孔五s、凹槽及通道七t和通道八u，送入位于阀体1长方体右下端的电磁阀腔Z4和右侧的与出口压力传感器连接的连接螺孔A2；轴孔三r中设有调节螺钉二26，其与阀套一28的中心线一致，右端外螺纹与阀套一28相应的内螺纹旋合，左端的小轴与轴孔三r滑配，并设有O型密封圈六27，小轴顶端有一个锥台，锥台的锥角与轴孔一y右端倒角的锥度相同，两者组成截止阀阀口V3。当下游出现故障时，例如电磁阀故障或检修、更换出气口滤芯53等时，可旋入调节螺钉二26，将截止阀阀口V3关闭。

电磁阀由电磁铁49和阀座二55等零件组成，电磁铁49的筒身与长方体上相应的孔滑配，并设有密封圈，由孔用弹性挡圈二50定位，出线电缆穿过长方体底部的孔，并由导线密封接头固定；电磁铁49动铁芯前方的圆环端面上加工有凹坑，凹坑中设置由螺钉一52固定的密封垫三51，阀座二55旋合在长方体相应的螺孔中，中部直径稍小的圆柱与相应的孔滑配，凹槽中设有O型密封圈七54，圆柱的顶端设有一小锥台；阀座二55的中心有一阶梯孔，小孔使顶端小锥台的顶面形成一条环形刃边，该环形刃边与密封垫三51组成电磁阀阀口V4，中间的孔中设有出气口滤芯53，并由挡圈定位，大孔为出气孔B1，内螺孔与向燃料电池供气的管道接头连接；电磁阀为常闭型，不通电时衔铁在电磁铁49内部弹簧(图中未画出)的作用下使电磁阀阀口V4关闭，通电时，电磁力克服弹簧的压力和阀内气压作用在动铁芯上的压力之和，使衔铁缩回，电磁阀阀口V4打开，向燃料电池供气，由于闭阀时阀内为低压，电磁铁49有足够的力打开电磁阀；转动阀座二55，即能调节电磁阀阀口V4的开度，调定后由锥端螺钉紧定。

充气单向阀位于阀体1长方体左侧的中下方，由充气阀套38、弹簧四41、阀芯二40等零件组成，各零件的中心线在同一轴线上，充气阀套38大径上的外螺纹与长方体上相应的内螺纹旋合，小径与相应的孔滑配，并设有O型密封圈，内孔中心的轴孔四x的左端为一阶梯孔，大孔中加工有螺纹与充气工具接头的外螺纹旋合，小孔中安装有充气口滤芯39，并有挡圈定位，轴孔四x右端孔的孔底加工有凹槽，孔中动配有阀芯二40；阀芯二40的左端是一个锥台，锥台的锥度与轴孔四x右端倒角的锥度相同，两者组成单向阀阀口V6，中心的盲孔中设有弹簧四41，盲孔左端的筒壁上钻有四个均布的通孔，因此，单向阀阀口V6在不充气时，在弹簧四41和储氢瓶内气压的共同作用下始终是紧闭的；阀套38筒壁的适当位置上钻有四个均布的通孔，通孔外口的外圆上车有环形凹槽，以将瓶内的氢气通向下方的放气阀。充气时由于瓶内气压较低，高压氢气经滤芯39，克服弹簧四41及背压的压力，打开单向阀阀口V6向储氢瓶充气。

过压安全阀和过热安全阀两者设计成一体，结构紧凑，位于阀体1长方体的左上方，由阀套二35、阀芯四37、弹簧三36、活塞34、熔栓块33、调节螺柱31和锁紧螺母一32等零件组成，各零件的中心线位于同一轴线上；阀套二35上方的外螺纹与阀体1长方体中的相应内螺纹旋合，下方圆柱体与相应的孔滑配，底端倒角处设有O型密封圈，中心具有阶梯孔，大孔中加工有内螺纹，小孔中滑配有活塞34，阀芯四37的下锥体上平面与活塞34下端面间设有弹簧三36，阀芯四37的下端部锥体的锥度与阀套二35底墙中心孔i上方锥孔的锥度相同，二者组成安全阀阀口V5，阀芯四37的柄端松配在活塞34底端的盲孔中；调节螺柱31的外螺纹旋合在阀套二35大孔的内螺纹中，顶端具有内六角孔，底端设有凹坑，中央设有连通孔w，凹坑中设置熔栓块33，使用内六角扳手转动调节螺柱31，即能调节弹簧三36的松紧程度，即调节安全阀阀口V5的打开压力，本实用新型的打开压力设定为70MPa，设定后由锁紧螺母一32锁定；阀套二35筒壁的适当位置上钻有四个均布的通孔，通孔外口的外径上车有环形槽，以使阀腔二Z3与泄放孔B4相通，泄放孔B4的内螺纹与泄放管道的接头连接。当储氢瓶内的氢气压力超过70MPa时，安全阀阀口V5打开，高压氢气通过泄放管道向外排放，以防储氢瓶超压爆炸；当组合阀的温度达到110±5℃时，熔栓块33熔化成液体，在弹簧三36和气瓶内气压的共同作用下，通过连通孔w向外排放，由于熔栓块33的厚度大于弹簧三36的压缩量，因此在排放时弹簧三36处于完全放松状态，不会阻碍高压氢气的排出。

放气阀位于阀体1长方体的左下方，由阀座三44、螺钉二47、阀芯三43、弹簧五48及锁紧螺母二46等零件组成，阀座三44大径上的外螺纹与长方体相应孔的内螺纹旋合，小圆柱与相应孔滑配，顶端倒角处设有O型密封圈八42，内孔直径两头大中间小，上孔底车有凹槽，孔内动配有阀芯三43，阀芯三43下端锥台的锥度与中段小孔上方的倒角的锥度相同，两者组成放气阀阀口V7，盲孔中设有弹簧五48，盲孔底的筒壁上钻有四个均布的通孔；阀座三44下孔中车有内螺纹，与螺钉二47的外螺纹旋合，螺钉二47的底端具有内六角孔，上方小圆柱与阀座三44中段的小孔滑配，并设有O型密封圈九45，顶端的小轴端面与阀芯三 43锥台的顶面相对，平时是不接触的，因此放气阀阀口V7平时在弹簧五48和内压的作用下是关闭的，阀座三44的筒壁中部附近钻有四个均布的通孔，小孔的外口车有环形凹槽，以连通放气孔B3，当需要将储氢瓶的氢气向外排放时，松开锁紧螺母二46，将螺钉二47旋入，顶开阀芯三43，放气阀阀口V7打开，高压氢气即通过放气孔B3向外排放，这种结构十分安全，因为螺钉二47是往里旋进的，不会因为高气压而向外射出。

为保证稳流稳压阀阀口V2、截止阀阀口V3、安全阀阀口V5、单向阀阀口V6及放气阀阀口V7在超高压下可靠地密封，阀芯与阀座接触面进行配对研磨，表面粗糙度≤0.1微米，并且两者中有一个是比较软的材料，例如本专利中阀芯材料是不锈钢316L，阀座材料是铜合金、铝合金，也可在阀座上镶嵌入硬度更低的合成树脂，例如聚酰亚胺树脂等，这样在高压下，由于较软材料的变形，使接触面更贴合。

不锈钢球12和封口螺钉11用于高压通道孔口的封堵，低压通道口仅用滚珠封堵。阀体1圆柱的另一侧还钻有纵向孔z1和横向孔z2，纵向孔z1的轴线与圆柱的轴线平行，纵向孔z1的下端螺接温度传感器20，并由密封垫二21密封，其导线穿过纵向孔z1和横向孔z2 通向阀外，由导线密封接头23固定。

除上述实施例外，在本实用新型的权利要求书及说明书所公开的范围内，本实用新型的技术特征或技术数据可以进行重新选择及组合，从而构成新的实施方式，这些本实用新型没有详细描述的实施方式是本领域技术人员无需创造性劳动就可以轻易实现的，因此这些未详细描述的实施方式也应视为本实用新型的具体实施例而在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种超高压车载储氢瓶组合阀，包括阀体(1)，其特征在于：阀体(1)内设置有减压阀、稳流稳压阀、截止阀、电磁阀、充气单向阀、过压安全阀、过热安全阀、放气阀、进气口滤芯、出气口滤芯、温度传感器、瓶内气压及输出气压传感器接口；充气时，高压氢气经充气口滤芯(39)打开充气单向阀，通过阀体(1)内的相应通道，向储氢瓶充气；供气时，储氢瓶内的高压氢气经减压阀、稳流稳压阀、截止阀、电磁阀及出气口滤芯(53)向氢燃料电池供气；减压阀的输出压力可根据燃料电池要求进行调节，稳流稳压阀用于降低输出流量和压力的波动。

2.根据权利要求1所述的超高压车载储氢瓶组合阀，其特征在于：阀体(1)由相互垂直的上下两部分组成，上部为长方体，下部为一阶梯形圆柱，圆柱上段的外螺纹与储氢瓶瓶口上方的内螺纹旋合，圆柱下段与瓶口下方的内孔滑配，圆柱下段的环形凹槽内设有O型密封圈一(19)和挡圈一(18)，各零部件设置在阀体(1)相应孔内，并由阀体内的相应通道连通，通道口由钢球(12)和封口螺钉(11)封堵。

3.根据权利要求1或2所述的超高压车载储氢瓶组合阀，其特征在于：减压阀设置在圆柱一侧的阶梯形纵向孔中，阶梯形纵向孔相对于圆柱中心线偏移，减压阀包括上阀套(2)、中阀套(14)、下阀套(16)、金属膜片(10)、滑阀(15)、弹簧一(3)、调节螺钉一(6)、螺母一(5)、上弹簧座(4)、下弹簧座(9)及阀座一(24)，各零件中心线在同一轴线上，下阀套(16)的下筒体与相应孔滑配，外圆上设有环形槽(b)，下方的扁圆柱上具有若干条纵向槽(a)，下阀套(16)上端直径稍大的扁圆柱的下端抵靠在相应孔的端面上，下阀套(16)的中心有一直径上大下小的阶梯形盲孔，环形槽(b)通过其上方筒壁上的四个径向孔一(g)与减压阀的高压腔(Z1)相通；中阀套(14)的外圆与相应孔滑配，并设有O型密封圈二(22)及O型密封圈三(25)，上方有一个圆形凹坑，下方是一个二阶阶梯孔，阶梯孔的大孔与下阀套(16)上端的扁圆柱滑配，中孔中紧配有阀座一(24)，阀座一(24)的材料为硬度较低的聚酰亚胺树脂，阀座一(24)的内孔下方有一锥孔，内孔和滑阀(15)下段的柱塞直径相同；中阀套(14)阶梯孔的小孔筒壁上有四个均布的径向孔二(n)，径向孔二(n)的外口设有环形凹槽；上阀套(2)的外螺纹旋合在阀体(1)相应的螺孔中，中心具有孔的金属膜片(10)被压紧在上阀套(2)和中阀套(14)之间；上阀套(2)的顶端设有调节螺钉一(6)，内腔中设有上弹簧座(4)和下弹簧座(9)，弹簧一(3)设置在上、下弹簧座之间；滑阀(15)下段是一个柱塞，中段是一个锥体，上段是一个小轴，顶端是一个连接螺钉，柱塞滑配在下阀套(16)的相应孔中，底面有一个凹坑，外圆上有若干条环形均压槽，下端设有O型密封圈四(17)；中段锥体的锥度与阀座一(24)下方锥孔的锥度相同，两者组成减压阀阀口(V1)，顶端的连接螺钉穿过密封垫一(13)、金属膜片(10)和下弹簧座(9)中心的孔，由螺母二(8)连接成一体，滑阀(15)的中心有一个自下至上的盲孔(m)，上段小轴上有一个与其相通的径向孔三(h)。

4.根据权利要求1或2所述的超高压车载储氢瓶组合阀，其特征在于：稳流稳压阀和截止阀设置在阀体(1)长方体的右上方，稳流稳压阀和截止阀均设置在阀套一(28)内，稳流稳压阀包括阀套一(28)、阀芯一(29)、弹簧二(30)，各零件的中心线在同一轴线上，阀套一(28)的外圆与阀体(1)长方体的相应孔滑配并设有O型密封圈五(56)，并旋合在阀体(1)相应的螺孔中，内孔的中心为轴孔一(y)，轴孔一(y)左端通过一个锥孔与轴孔二(p)相通，阀芯一(29)左端的大径动配在轴孔二(p)中，大径上有若干条均压沟槽，右方小轴的顶端是一个锥台，锥台的锥角与上述锥孔的锥度相同，二者组成稳流稳压阀阀口(V2)，转动阀套一(28)即能调节稳流稳压阀阀口(V2)的开度，调节后由锥端螺钉紧定；阀芯一(29)的中心有一阶梯孔，阶梯孔小孔的孔壁上设有四个均布的径向孔四(q)，用以连通阶梯孔和阀腔一(Z2)，弹簧二(30)设置在轴孔二(p)的顶面和阀芯一(29)的肩胛之间；在轴孔一(y)右端具有轴孔三(r)，轴孔三(r)筒壁上设有四个均布的径向孔五(s)，径向孔五(s)的外口的外径上设有环形凹槽；轴孔三(r)中设有阶梯形的调节螺钉二(26)，其与阀套一(28)的中心线一致，右端外螺纹与阀套一(28)相应的内螺纹旋合，左端的小轴与轴孔三(r)滑配，并设有O型密封圈六(27)，小轴顶端有一个锥台，锥台的锥角与轴孔一(y)右端倒角的锥度相同，两者组成截止阀阀口(V3)。

5.根据权利要求1或2所述的超高压车载储氢瓶组合阀，其特征在于：电磁阀设置在长方体的右下方，电磁阀包括电磁铁(49)和阀座二(55)，电磁铁(49)的筒身与长方体上相应的孔滑配，并设有密封圈，由挡圈二(50)定位，出线电缆穿过长方体底部的孔，并由导线密封接头固定；电磁铁(49)衔铁前方的圆环端面上设有凹坑，凹坑中设置由螺钉一(52)固定的密封垫三(51)；阀座二(55)旋合在长方体相应的螺孔中，中部直径稍小的圆柱与相应的孔滑配，并设有O型密封圈七(54)，圆柱的顶端设有一小锥台，阀座二(55)的中心有一阶梯孔，阶梯孔的小孔使顶端小锥台的顶面形成一条环形刃边，该环形刃边与密封垫三(51)组成电磁阀阀口(V4)，阶梯孔的中孔中设有出气口滤芯(53)，并有挡圈定位，阶梯孔的大孔中设有出气孔(B1)；电磁阀为常闭型，不通电时衔铁在电磁铁内部弹簧的作用下使电磁阀阀口(V4)关闭；转动阀座二(55)即能调节电磁阀阀口(V4)的开度，调定后由锥端螺钉紧定。

6.根据权利要求1或2所述的超高压车载储氢瓶组合阀，其特征在于：充气单向阀设置在长方体左侧的中下方，充气单向阀包括充气阀套(38)、弹簧四(41)、阀芯二(40)，各零件的中心线在同一轴线上，充气阀套(38)大径上的外螺纹与长方体上相应的内螺纹旋合，小径与相应的孔滑配，并设有密封圈，内孔中心的轴孔四(x)的左端为一阶梯孔，大孔中设有内螺纹，小孔中安装有充气口滤芯(39)，并有挡圈定位，轴孔四(x)右端的孔底设有凹槽，孔中动态配有阀芯二(40)，阀芯二(40)的左端是一个锥台，锥台的锥度与轴孔四(x)右端倒角的锥度相同，两者组成单向阀阀口(V6)，中心的盲孔中设有弹簧四(41)，盲孔左端的筒壁上设有四个均布的通孔，充气阀套(38)筒壁的上设有四个均布的通孔，通孔外口的外圆上设有环形凹槽。

7.根据权利要求1或2所述的超高压车载储氢瓶组合阀，其特征在于：过压安全阀和过热安全阀设置在长方体的左上方，两者设计成一体，包括阀套二(35)、阀芯四(37)、弹簧三(36)、活塞(34)、熔栓块(33)、调节螺柱(31)和锁紧螺母一(32)，各零件的中心线位于同一轴线上；阀套二(35)的外螺纹与相应孔的内螺纹旋合，下方圆柱体与相应孔滑配，底端倒角处设有密封圈，中心具有阶梯孔，阶梯孔的大孔中设有内螺纹，小孔中滑配有活塞(34)；阀芯四(37)的下锥体上平面与活塞(34)下端面间设有弹簧三(36)，阀芯四(37)的下端部锥体的锥度与阀套二(35)底墙中心孔(i)上方倒角的锥度相同，二者组成安全阀阀口(V5)，阀芯四(37)的柄端松配在活塞(34)底端的盲孔中；调节螺柱(31)的外螺纹旋合在阀套二(35)大孔的内螺纹中，顶端具有内六角孔，底端设有凹坑，中央设有连通孔(w)，凹坑中设置熔栓块(33)，阀套二(35)筒壁的上设有四个均布的通孔，通孔外口的外径上设有环形凹槽与泄放孔(B4)相通。

8.根据权利要求1或2所述的超高压车载储氢瓶组合阀，其特征在于：放气阀设置在长方体的左下方，包括阀座三(44)、螺钉二(47)、阀芯三(43)、弹簧五(48)及锁紧螺母二(46)，各零件的中心线位于同一轴线上；阀座三(44)大径上的外螺纹与相应孔的内螺纹旋合，小圆柱与相应孔滑配，顶端倒角处设有O型密封圈八(42)，内孔两头的直径大中间的直径小，上孔底设有环形凹槽，孔内动配有阀芯三(43)，阀芯三(43)下端锥台的锥度与中段小孔上方的倒角的锥度相同，两者组成放气阀阀口(V7)，阀芯三(43)的盲孔中设有弹簧五(48)，盲孔底的筒壁上设有四个均布的通孔；下孔中的内螺纹与螺钉二(47)的外螺纹旋合，螺钉二(47)上方小圆柱与阀座三(44)中段的小孔滑配，并设有O型密封圈九(45)，顶端小轴的顶面与阀芯三(43)锥台的顶面相对，平时是不接触的；阀座三(44)的筒壁中部设有四个均布的通孔，通孔外口的外径上设有环形凹槽，与放气孔(B3)相通。

9.根据权利要求1或2所述的超高压车载储氢瓶组合阀，其特征在于：阀体(1)圆柱的另一侧还设有纵向孔(z1)和横向孔(z2)，纵向孔(z1)的下端螺接温度传感器(20)，并由密封垫二(21)密封，其导线穿过纵向孔(z1)和横向孔(z2)通向组合阀外，由导线密封接头(23)固定。

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