CN220824572U - 一种过滤器腔体密封结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种过滤器腔体密封结构，该结构起到密封车载高压供氢系统过滤器腔体的作用，该结构由公端和母端组成，公端和母端通过螺纹啮合形成放置滤芯的腔体。公端上有外锥面，母端上有内锥面，且内锥面上有台阶，公端和母端通过锥面密封，母端锥面上的台阶对公端起到限位作用。本申请的优点是：锥面密封，密封效果好；部件少，节约成本，安装方便；拆卸方便，便于滤芯维护；适用于薄壁等腔体刚度较差工况，腔体不会过分收缩，腔体内径有保障。

Description

一种过滤器腔体密封结构

技术领域

本申请涉及密封结构，具体的为一种过滤器腔体密封结构。

背景技术

燃料电池汽车和燃氢发动机汽车都是使用氢气作为其能源供应方式的新能源汽车。氢气来源广泛，不仅可以通过净化、分离工业副产气体获得，也可利用太阳能、水能电解水获得。氢气是所有气体中,体积最小的分子，有很好的扩散性。氢气分子一旦泄漏，在狭小的空间内积聚，如果达到其4.0～74.2％的爆炸极限区间，是非常危险的。

车载高压储氢系统作为氢气的存储模块，不仅要做到对氢气的极致密封，还要保证供应氢气的清洁度。这一方面要求加氢时氢气本身要具有较高的清洁度，另一方面也要保证储氢瓶、阀门、管路等存储、传输单元具有一定的清洁度。实际的应用中为保证使用端气体的清洁，常在储氢系统中设置过滤器作为其清洁度的保障。

过滤器是采用内置滤芯的方法，利用滤芯的拦截、吸附等作用将氢气中裹挟的粉尘颗粒和氢气分离开来，保证下游使用端氢气的清洁度。滤芯内置于过滤器密闭的腔体中，腔体的密封方法至关重要。可以用焊接的方法，将焊接部件A 4、焊接部件B 5焊接形成过滤器腔体(图2)，这种方法在高压力工况下对焊缝6质量要求较高，且这种方法不能够方便的维护过滤器，当滤芯因为粉尘的封堵阻力太大需要清洗或更换时，只能将过滤器整体更换，成本较高，且高压储氢系统对焊接质量要求较高，增加了工艺成本。也可以采用O-ring7、垫片8等密封件的方式进行密封(图3、图4)，这种方法增加了零件数量，增加了成本，另一方面，O-ring大多是橡胶制品，使用寿命较短。比较理想的密封方式是锥面密封，但过滤器腔体一般腔体直径大、壁厚薄,整体刚性较差，在密封过程中锥面挤压，容易造成腔体直径缩小，不但影响氢气流量，严重时会挤压到内部滤芯造成失效(图5)。

为解决以上问题，开发了一种过滤器腔体密封结构，该结构具有锥面密封零部件少、密封性能好、维护方便等优点，同时，腔体直径收缩控制在合理范围内。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有密封方式的不足，提供一种用于车载高压供氢系统过滤器腔体的密封结构。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现：

一种过滤器腔体密封结构，其特征在于包含公端和母端；公端的外锥面端部位置的壁厚t、公端的外锥面端部位置的内腔直径d满足：

t/d∈[0.001,0.25]

母端的内锥面上台阶与初始密封线的距离h满足：

h∈[0.005*(d+2t),0.2*(d+2t)]

本申请的过滤器腔体分别由两个部分组成，具有外螺纹的部分称之为公端，具有内螺纹的部分称之为母端。

公端，母端通过锥面密封。

公端的前端加工成具有外锥面的结构，母端的加工成具有内锥面的结构。由于是过滤器腔体，需要内置滤芯，这种腔体一般内径较大，壳体壁厚较薄，当公端，母端两锥面挤压密封时，公端外锥面会沿着母端内锥面向下滑移，向下滑移的过程中造成公端内腔的缩小。

在母端的锥面上设置台阶，阻止公端过度的下滑，台阶对公端起限位作用，台阶距离公端与母端初始密封线的距离h满足：

h∈[0.005*(d+2t),0.2*(d+2t)]

过滤器腔体是由公端内腔，母端内腔组成的腔体。

公端，母端内腔应足够大，以至可以放入滤芯。

公端，母端通过螺纹啮合，螺纹的旋转使得公端，母端在轴向方向逐渐靠近，直至公端锥面端部拐角处于母端锥面接触，继续旋转螺纹，公端锥面继续沿着轴线向母端锥面台阶处靠近，两工件锥面处继续挤压，并保持足够的压紧力来防止腔体内氢气外泄。

公端，母端应为金属材料，优选的，采用SUS316L。

为保证锥面的密封性，母端的内锥面角度应满足β∈[20°,120°]，优选的，β＝60°。

为保证锥面的密封性，公端外锥面与母端内锥面应有一定锥角差，锥角差范围在β-α∈[0,20]，优选的，β-α＝2°。

公端的外锥面端部拐角处，也就是公端的外锥面与母端的内锥面接触的位置应做工程倒角，避免密封时公端的外锥面将母端的内锥面擦伤。

母端的内锥面与台阶连接位置应做工程倒角。

上述公端的外锥面端部拐角处工程倒角半径应小于等于母端的内锥面与台阶连接位置工程倒角半径。避免公端的端面下滑至母端的台阶处，在公端外锥面端部拐角处、母端的内锥面与台阶的衔接处形成间隙。

本实用新型的最大技术特点是：调和了锥面挤压程度与腔体收缩程度的关系，即保证了锥面密封的密封效果，又能使得过滤器腔体的收缩在可接受的范围内。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

密封部件少，节约成本，安装方便；拆卸方便，便于滤芯维护、更换；锥面密封，密封效果好；适用于薄壁等腔体刚度较差工况，腔体不会过分收缩，腔体内径有保障；全部是金属件制品，使用寿命长。

附图说明

图1.具有台阶的锥面密封结构示意图；

图2.焊接腔体结构示意图；

图3.采用O-ring密封的结构示意图；

图4.采用垫片密封的结构示意图；

图5.锥面密封结构示意图；

标号说明

1：公端；

2：母端；

3：滤芯；

4：焊接部件A；

5：焊接部件B；

6：焊缝；

7：O-ring；

8：垫片；

φd：公端外锥面端部位置的内腔直径；

t:公端外锥面端部位置的壁厚；

h:公端、母端在初始接触位置，母端内锥面上台阶与公端端面的距离，即母端内锥面上台阶与初始密封线的距离，也即公端沿母端内锥面所能滑移的最大距离；

α：公端外锥角度；

β：母端内锥角度。

具体实施方式

为使对本实用新型的目的、结构、特征、以及功能有进一步的了解，以下结合实例对本实用新型进行分析。

实施例1

请参阅附图，本申请提供了一种过滤器腔体密封结构，尤其是薄壁腔体，解决了薄壁腔体受挤压变形的问题。

为满足过滤器的保养，滤芯3的定期更换，过滤器腔体由两个相互独立的部件组合而成，两部件通过螺纹啮合，组成一个密闭的过滤器腔体。两部件中具有外螺纹的为公端1，具有内螺纹的为母端2。为满足公端与母端结合时密封的要求，将公端与母端接触的位置加工成锥面形式，其中，公端为外锥面、母端为内锥面，母端锥面角度β优选60°，公端锥面角度α与β存在角度差，优选的，β-α＝2°。

为保证公端的锥面与母端的锥面接触时不把母端锥面划伤，在公端锥面端部拐角处应做圆角。在母端锥面与台阶连接位置也应做圆角，且该圆角半径要大于公端锥面端部拐角处的圆角半径。

当公端锥面与母端锥面为保证密封，通过螺纹的旋转推动相互挤压时，公端锥面会向顺着母端锥面沿轴向向下滑移，由于是薄壁腔体，公端锥面处刚性较差，如果不采取措施，公端1锥面会被挤压，腔体内径减小(图5)。为解决以上问题，在母端锥面上设置台阶，控制公端锥面向下的最大滑移量h，该h值的选取是关键，既要保证公端锥面、母端锥面具有一定的挤压量来确保密封，又要保证公端腔体内径d的收缩在可以接受的范围，h在[0.005*(d+2*t),0.2*(d+2*t)]的范围内选取。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种过滤器腔体密封结构，其特征在于，包含公端和母端；公端的外锥面端部位置的壁厚t、公端的外锥面端部位置的内腔直径d满足：

t/d∈[0.001,0.25]；

母端的内锥面上台阶与初始密封线的距离h满足：

h∈[0.005*(d+2t),0.2*(d+2t)]。

2.根据权利要求1所述的一种过滤器腔体密封结构，其特征在于，过滤器腔体分别由两个部分组成，具有外螺纹的部分称之为公端，具有内螺纹的部分称之为母端。

3.根据权利要求1所述的一种过滤器腔体密封结构，其特征在于，过滤器腔体是由公端内腔，母端内腔组成的腔体。

4.根据权利要求1所述的一种过滤器腔体密封结构，其特征在于，公端，母端通过螺纹啮合。

5.根据权利要求1所述的一种过滤器腔体密封结构，其特征在于，公端，母端应为金属材料。

6.根据权利要求1所述的一种过滤器腔体密封结构，其特征在于，为保证锥面的密封性，母端的内锥面角度应满足β∈[20°,120°]。

7.根据权利要求1所述的一种过滤器腔体密封结构，其特征在于，公端外锥面与母端内锥面应有一定锥角差，锥角差范围在β-α∈[0,20]。

8.根据权利要求1所述的一种过滤器腔体密封结构，其特征在于，公端的外锥面端部拐角处，公端的外锥面与母端的内锥面接触的位置做工程倒角；

母端的内锥面与台阶连接位置做工程倒角。

9.根据权利要求1所述的一种过滤器腔体密封结构，其特征在于，上述公端的外锥面端部拐角处工程倒角半径应小于等于母端的内锥面与台阶连接位置工程倒角半径；避免公端的端面下滑至母端的台阶处，在公端外锥面端部拐角处、母端的内锥面与台阶的衔接处形成间隙。