CN219062525U - 切换阀门和燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种切换阀门和燃料电池系统，切换阀门包括阀体和阀芯，所述阀体设有阀腔以及与所述阀腔连通的进口、第一出口和第二出口，所述阀芯设于所述阀腔内，所述阀芯相对于所述阀体可转动并具有第一位置和第二位置，在所述第一位置，所述阀芯封堵所述第一出口，且所述第二出口与所述阀腔连通，在所述第二位置，所述阀芯封堵所述第二出口，且所述第一出口与所述阀腔连通。本实用新型的切换阀门能够避免在冲击或振动时突然关闭的情况，避免了燃料电池系统中氢气回流阻断的问题，保证了运行的稳定性。

Description

切换阀门和燃料电池系统

技术领域

本实用新型涉及阀门技术领域，具体地，涉及一种切换阀门和一种应用该切换阀门的燃料电池系统。

背景技术

燃料电池在运行过程中，需要对氢气循环利用以提高利用率，目前使用的循环方案有采用引射器、循环泵或引射器与循环泵组合的形式。相较于循环泵，引射器不存在寄生功率，而且具有成本低、设计简单、质量体积小等优点，是未来发展的方向，也是设计研发的重点。

目前的燃料电池系统已经发展至大功率，在现有的技术中，单一引射器难以满足全工况的需求，只能满足部分工况，为覆盖运行所需工况，通常采用两个引射器并联的形式以保证较宽的工作范围。

燃料电池系统运行时，各个引流器的工作状态需要通过阀门进行切换，但是相关技术中，用于控制引流器通断的阀门多为单向阀，在受到冲击或振动时会突然关闭，容易造成氢气回流阻断，甚至无法回流的问题。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本实用新型实施例提出一种切换阀门，该切换阀门能够避免在冲击或振动时突然关闭的情况，避免了燃料电池系统中氢气回流阻断的问题，保证了运行的稳定性。

本实用新型实施例还提出一种应用上述切换阀门的燃料电池系统。

本实用新型实施例的切换阀门包括：

阀体，所述阀体设有阀腔以及与所述阀腔连通的进口、第一出口和第二出口；

阀芯，所述阀芯设于所述阀腔内，所述阀芯相对于所述阀体可转动并具有第一位置和第二位置，在所述第一位置，所述阀芯封堵所述第一出口，且所述第二出口与所述阀腔连通，在所述第二位置，所述阀芯封堵所述第二出口，且所述第一出口与所述阀腔连通。

本实用新型实施例的切换阀门能够避免在冲击或振动时突然关闭的情况，避免了燃料电池系统中氢气回流阻断的问题，保证了运行的稳定性。

在一些实施例中，所述阀芯相对于所述阀体具有第三位置，在所述第三位置，所述阀芯解除对所述第一出口和第二出口的任一者的封堵以使所述第一出口和所述第二出口均与所述阀腔连通。

在一些实施例中，切换阀门包括驱动器，所述驱动器与所述阀芯传动相连，所述驱动器用于驱动所述阀芯转动。

在一些实施例中，切换阀门包括转动件，所述转动件转动装配于所述阀体，部分所述转动件位于所述阀腔内并与所述阀芯相连，部分所述转动件延伸至所述阀体的外侧并与所述驱动器相连，所述驱动器用于通过驱动所述转动件转动以实现对所述阀芯的转动驱动。

在一些实施例中，所述阀芯包括第一芯体和第二芯体，所述第一芯体和所述第二芯体均与所述转动件相连，所述第一芯体用于在所述转动件转动时启闭所述第一出口，所述第二芯体用于在所述转动件转动时启闭所述第二出口。

在一些实施例中，所述阀体内设有第一通道和第二通道，所述第一通道的出口形成所述第一出口，所述第二通道的出口形成所述第二出口，所述第一通道的进口和所述第二通道的进口均朝向所述转动件；

所述第一芯体和所述第二芯体限制出夹角α，所述第一通道的进口的轴向和所述第二通道的进口的轴向限制出夹角β，所述夹角β小于所述夹角α。

在一些实施例中，所述夹角α为135度，所述夹角β为90度。

在一些实施例中，所述第一芯体的自由端设有第一启闭部，所述第二芯体的自由端设有第二启闭部，所述第一启闭部和所述第二启闭部为碟形，所述第一通道的进口处设有第一弧形槽，所述第一弧形槽用于供所述第一启闭部摆入，所述第二通道的进口设有第二弧形槽，所述第二弧形槽用于供所述第二启闭部摆入。

本实用新型实施例的燃料电池系统包括如上述任一实施例中所述的切换阀门。

在一些实施例中，燃料电池系统包括：

电池电堆，所述阀体的进口与所述电池电堆连通并供所述电池电堆输出的氢气通入；

第一引射器，所述第一引射器的进口与所述阀体的第一出口连通；

第二引射器，所述第二引射器的进口与所述阀体的第二出口连通。

附图说明

图1是本实用新型实施例的切换阀门的立体示意图。

图2是图1中切换阀门的左视示意图。

图3是图2中A-A处的剖视示意图一。

图4是图2中A-A处的剖视示意图二。

图5是图1中切换阀门的前视示意图。

附图标记：

阀体1；进口11；阀腔12；第一侧壁121；第二侧壁122；第一通道13；第一出口131；第一弧形槽132；第二通道14；第二出口141；第二弧形槽142；盒部15；盖部16；

驱动器2；

转动件3；

阀芯4；第一芯体41；第一启闭部411；第一杆412；第二芯体42；第二启闭部421；第二杆422。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型实施例的切换阀门包括阀体1和阀芯4。如图1和图2所示，阀体1大体可以为长方体状，阀体1内设有阀腔12，阀体1可以包括两部分，如图3所示，两部分可以分别盒部15和盖部16，其中盖部16可以固定在盒部15的前侧并与盒部15密封相连，阀腔12即形成在盒部15和盖部16所围成的空间内。

如图3所示，阀体1上设有进口11，第一出口131和第二出口141，进口11可以设于盖部16上并与阀腔12连通，第一出口131和第二出口141可以设于盒部15并与阀腔12连通。流体(气体或液体)可以从进口11进入阀腔12内，然后可以从第一出口131和/或第二出口141流出。

阀芯4设于阀腔12内，阀芯4相对于阀体1可转动并具有第一位置和第二位置，在第一位置，阀芯4封堵第一出口131，且第二出口141与阀腔12连通，在第二位置，阀芯4封堵第二出口141，且第一出口131与阀腔12连通。

具体地，如图3和图4所示，阀芯4装配在阀体1的阀腔12内，且阀芯4可以在阀体1的周向旋转。例如，阀芯4可以在水平方向周向转动，且在转动的过程中具有第一位置和第二位置，如图3所示，阀芯4即处于第一位置，此时，阀芯4的一部分将第一出口131和阀腔12阻挡，第二出口141则与阀腔12保持连通，阀腔12内的流体可以经由第二出口141流出。

当阀芯4切换至第二位置时，此时，阀芯4的另一部分将第二出口141和阀腔12阻断，第一出口131则与阀腔12保持连通，阀腔12内的流体可以经由第一出口131流出。

本实用新型实施例的切换阀门，通过阀芯4的转动可以分别实现第一出口131和第二出口141的开启和封闭，从而可以将从进口11流入的流体分别经由第一出口131和第二出口141输送至相应的装置或设备处，实现了流体输送路径的切换，且在使用过程中阀芯4可以保持在相应的位置，当阀芯4封堵第一出口131或第二出口141后，可以避免流体经由第一出口131和第二出口141逆流的情况，保证了燃料电池的运行性能。

其次，相对于相关技术中采用单向阀实现引流器切换的形式，阀芯4在切换后的稳定性好，从而在燃料电池系统受到冲击或振动时，能够避免突然关闭的情况，进而避免了燃料电池系统中氢气回流阻断的问题，保证了运行的稳定性。

在一些实施例中，阀芯4相对于阀体1具有第三位置，在第三位置，阀芯4解除对第一出口131和第二出口141的任一者的封堵以使第一出口131和第二出口141均与阀腔12连通。

具体地，在阀芯4转动的过程中，阀芯4可以切换至第三位置，此时，阀芯4可以同时解除对第一出口131和第二出口141的阻隔，即第一出口131和第二出口141均与阀腔12保持的连通，经由进口11进入阀腔12的流体可以经由第一出口131和第二出口141同时流出，从而可以满足不同的工况下对不同流体流量的需要。

在一些实施例中，切换阀门包括驱动器2，驱动器2与阀芯4传动相连，驱动器2用于驱动阀芯4转动。例如，如图1和图2所示，驱动器2可以为电机，驱动器2的驱动轴可以与阀芯4相连，使用时，通过向电机通电即可驱动阀芯4转动，从而可以将阀芯4切换至第一位置或第二位置或第三位置。

需要说明的是，本实施例中电机具有自锁功能，当阀芯4切换至相应的位置后，电机的驱动轴可以被锁止，从而可以将阀芯4保持在相应的位置处。机械的传动的方式稳定、可靠，且传动精度较高，充分满足了使用的需要。

在一些实施例中，切换阀门包括转动件3，转动件3转动装配于阀体1，部分转动件3位于阀腔12内并与阀芯4相连，部分转动件3延伸至阀体1的外侧并与驱动器2相连，驱动器2用于通过驱动转动件3转动以实现对阀芯4的转动驱动。

具体地，如图3至图5所示，转动件3可以一根圆轴，转动件3可以沿着上下方向贯穿阀体1，且转动件3的上端和下端可以分别从阀体1的上下两侧伸出。驱动器2可以设于阀体1的外侧，例如，驱动器2可以设于阀体1的上方，且驱动器2的驱动轴可以与转动件3的顶端相连。

如图3和图4所示，转动件3可以沿着上下方向穿过阀腔12，阀芯4可以固定在阀腔12内的转动件3上，固定的方式可以为焊接、紧固件固定、一体成型等。

需要说明的是，转动件3穿出阀体1的部分需要与阀体1密封配合，例如，阀体1上可以设有供转动件3穿过的通孔，通孔内可以设置密封圈、油封等，从而可以实现转动件3阀体1之间的旋转密封装配。

在另一些实施例中，转动件3的底端可以不伸出阀体1，由此可以减少旋转密封的布置的数量，降低成本的同时可以确保气密性。

在一些实施例中，阀芯4包括第一芯体41和第二芯体42，第一芯体41和第二芯体42均与转动件3相连，第一芯体41用于在转动件3转动时启闭第一出口131，第二芯体42用于在转动件3转动时启闭第二出口141。

例如，如图3所示，阀芯4可以包括两个相对独立的部分，两部分分别为第一芯体41和第二芯体42，第一芯体41和第二芯体42结构可以相同并可以镜像对称布置，其中第一芯体41大体位于转动件3的右侧，且第一芯体41从与转动件3相连的位置向右侧延伸，第二芯体42大体位于转动的件的左侧，且第二芯体42从与转动件3相连的位置向左侧延伸。

在转动件3旋转过程中，第一芯体41主要用于阻隔在第一出口131和阀腔12之间，第二芯体42主要用于阻隔在第二出口141和阀腔12之间。由此，可以使得阀芯4在较小的旋转角度范围内即可完成第一位置和第二位置的切换，保证了操作的可靠性。

在一些实施例中，如图3所示，阀体1内设有第一通道13和第二通道14，第一通道13和第二通道14均可以设在阀腔12的后侧，第一通道13的进口11与阀腔12连通，第一通道13的出口形成第一出口131，第二通道14的进口11与阀腔12连通，第二通道14的出口形成第二出口141。使用时，阀腔12内的流体可以分别经由第一通道13和第二通道14流出。需要说明的是，本实施例中，阀芯4可以通过封堵第一通道13的进口11间接的将第一出口131封堵，也可以通过封堵第二通道14的进口11间接的间隔第二出口141封堵。

第一通道13的进口11和第二通道14的进口11均朝向转动件3，第一芯体41和第二芯体42限制出夹角α，第一通道13的进口11的轴向和第二通道14的进口11的轴向限制出夹角β，夹角β小于夹角α。

具体地，如图3所示，第一通道13和第二通道14均可以具有一定的弧度，即第一通道13和第二通道14均为弯曲通道。其中第一通道13可以位于阀腔12的右后侧，第二通道14可以位于阀腔12的左后侧。

第一通道13的进口11的轴向可以为第一通道13的中轴线在进口11处的延伸方向，也即为左前至右后的方向，第二通道14的轴向可以为第二通道14的中轴线在进口11处的延伸方向，也即为右前至左后的方向。如图4所示，第一通道13的进口11的轴向和第二通道14的进口11的轴向可以限制出夹角β。第一芯体41的延伸方向和第二芯体42的延伸方向可以限制出夹角α，且夹角α应大于夹角β。

如图4所示，当第一芯体41将第一通道13的进口11封堵时，第二芯体42和第二通道14的进口11错开一定角度，从而可以仅实现对第一出口131的封堵阻隔。相似的，当第二芯体42将第二通道14的进口11封堵时，第一芯体41和第一通道13的进口11也会错开一定角度，从而可以仅实现对第二出口141的封堵阻隔。由此，通过确定两个角度(夹角α和夹角β)即可实现阀芯4多个位置的切换，简化了结构，也有利于实现量化设计。

可选地，夹角α可以为135度，夹角β可以为90度。

在一些实施例中，如图4所示，阀腔12在水平方向的截面可以为锥形，即阀腔12的径向尺寸沿着从前至后的方向逐渐变小，此时，阀腔12具有在左右方向上相对布置的第一侧壁121和第二侧壁122，第一侧壁121和第二侧壁122均为平面侧壁，第一通道13的进口11处的中轴线可以与第一侧壁121垂直布置，第二通道14的进口11处的中轴线可以与第二侧壁122垂直布置。

由此，方便了第一芯体41从前后两侧摆动至将第一通道13的进口11封堵的位置，实现了第一芯体41在第一通道13的进口11的前后两侧运动的对称性，也方便了第二芯体42从前后两侧摆动至将第二通道14的进口11封堵的位置，也实现了第二芯体42在第二通道14的进口11的前后两侧运动的对称性。

可选地，第一侧壁121和第二侧壁122的夹角可以为90度，该夹角与夹角β互补，通过确定第一侧壁121和第二侧壁122的夹角即可间接的确定夹角β，方便了设计。

在一些实施例中，第一芯体41的自由端设有第一启闭部411，第二芯体42的自由端设有第二启闭部421，第一启闭部411和第二启闭部421为碟形，第一通道13的进口11处设有第一弧形槽132，第一弧形槽132用于供第一启闭部411摆入，第二通道14的进口11设有第二弧形槽142，第二弧形槽142用于供第二启闭部421摆入。

具体地，如图4所示，第一芯体41包括第一杆412和第一启闭部411，第一杆412可以为L型，第一杆412的一端与转动件3相连，第一启闭部411设于第一杆412的另一端。第二芯体42包括第二杆422和第二启闭部421，第二杆422可以为L型，第二杆422的一端与转动件3相连，第二启闭部421设于第二杆422的另一端。

第一启闭部411和第二启闭部421均可以为圆盘状(类似蝶阀的阀瓣)，有利于减小流体的流阻。如图3所示，第一弧形槽132可以为圆弧槽，第二弧形槽142也可以为圆弧槽。在阀芯4旋转过程中，第一弧形槽132和第二弧形槽142可以起到避让作用，即第一启闭部411可以从前侧和从后侧摆入第一弧形槽132内，第二启闭部421也可以从前侧或后侧摆入第二弧形槽142内。

由此，一方面第一弧形槽132和第二弧形槽142具有限位挡止效果，可以限制阀芯4在切换至相应位置后的自由度，从而可以将阀芯4约束在相应的位置处，另一方面可以增加与第一启闭部411和第二启闭部421的贴合面积，从而有利于提升密封封堵效果并提升气密性。

下面描述本实用新型实施例的燃料电池系统。

本实用新型实施例的燃料电池系统包括切换阀门，切换阀门可以为上述实施例中描述的切换阀门。例如，燃料电池系统可以为氢燃料电池系统，燃料电池系统包括电池电堆，第一引射器和第二引射器，其中阀体1的进口11与电池电堆连通，第一引射器的进口11与阀体1的第一出口131连通，第二引射器的进口11与阀体1的第二出口141连通。

使用时，从电池电堆流出的氢气可以首先从切换阀门的进口11流入阀腔12内，然后可以经由第一出口131流入第一引射器内，经由第二出口141流入第二引射器内。通过操控驱动器2运动，可以将第一出口131和第二出口141的其中一者关闭，从而可以将氢气单独输送至第一引射器或第二引射器处。

也可以将阀芯4切换至第三位置，此时，第一出口131和第二出口141均关闭，氢气可以同时被输送至第一引射器和第二引射器处，从而可以满足不同的工况使用需要。需要说明的是，当燃料电池系统停机后，可以将阀芯4切换至第三位置，此时，第一出口131和第二出口141均保持开启，可以起到防止低温下氢气中的水气冻结第一出口131或第二出口141的情况。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，也可以是电连接或彼此可通讯；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，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种切换阀门，其特征在于，包括：

阀体，所述阀体设有阀腔以及与所述阀腔连通的进口、第一出口和第二出口；

阀芯，所述阀芯设于所述阀腔内，所述阀芯相对于所述阀体可转动并具有第一位置和第二位置，在所述第一位置，所述阀芯封堵所述第一出口，且所述第二出口与所述阀腔连通，在所述第二位置，所述阀芯封堵所述第二出口，且所述第一出口与所述阀腔连通。

2.根据权利要求1所述的切换阀门，其特征在于，所述阀芯相对于所述阀体具有第三位置，在所述第三位置，所述阀芯解除对所述第一出口和第二出口的任一者的封堵以使所述第一出口和所述第二出口均与所述阀腔连通。

3.根据权利要求1或2所述的切换阀门，其特征在于，包括驱动器，所述驱动器与所述阀芯传动相连，所述驱动器用于驱动所述阀芯转动。

4.根据权利要求3所述的切换阀门，其特征在于，包括转动件，所述转动件转动装配于所述阀体，部分所述转动件位于所述阀腔内并与所述阀芯相连，部分所述转动件延伸至所述阀体的外侧并与所述驱动器相连，所述驱动器用于通过驱动所述转动件转动以实现对所述阀芯的转动驱动。

5.根据权利要求3所述的切换阀门，其特征在于，所述阀芯包括第一芯体和第二芯体，所述第一芯体和所述第二芯体均与所述转动件相连，所述第一芯体用于在所述转动件转动时启闭所述第一出口，所述第二芯体用于在所述转动件转动时启闭所述第二出口。

6.根据权利要求5所述的切换阀门，其特征在于，所述阀体内设有第一通道和第二通道，所述第一通道的出口形成所述第一出口，所述第二通道的出口形成所述第二出口，所述第一通道的进口和所述第二通道的进口均朝向所述转动件；

所述第一芯体和所述第二芯体限制出夹角α，所述第一通道的进口的轴向和所述第二通道的进口的轴向限制出夹角β，所述夹角β小于所述夹角α。

7.根据权利要求6所述的切换阀门，其特征在于，所述夹角α为135度，所述夹角β为90度。

8.根据权利要求5所述的切换阀门，其特征在于，所述第一芯体的自由端设有第一启闭部，所述第二芯体的自由端设有第二启闭部，所述第一启闭部和所述第二启闭部为碟形，所述第一通道的进口处设有第一弧形槽，所述第一弧形槽用于供所述第一启闭部摆入，所述第二通道的进口设有第二弧形槽，所述第二弧形槽用于供所述第二启闭部摆入。

9.一种燃料电池系统，其特征在于，包括如上述权利要求1-8中任一项所述的切换阀门。

10.根据权利要求9所述的燃料电池系统，其特征在于，包括：

电池电堆，所述阀体的进口与所述电池电堆连通并供所述电池电堆输出的氢气通入；

第一引射器，所述第一引射器的进口与所述阀体的第一出口连通；

第二引射器，所述第二引射器的进口与所述阀体的第二出口连通。

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