CN220930288U - 一种高压氢气减压阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高压氢气减压阀，包括阀体，阀体中设有一级主阀和二级主阀，一级主阀包括一级阀腔，一级阀腔上方设有进气接头，一级阀腔底部安装一级堵头，进气接头与一级堵头之间设有依次连通的一级阀芯腔、一级弹簧腔，一级阀芯腔连通进气接头输出端，一级阀芯腔尺寸小于一级弹簧腔，一级活塞在一级阀腔中滑动，一级活塞顶部安装一级阀芯，一级阀芯在一级阀芯腔中滑动。本实用新型采用两级减压结构，减压并稳压效果好；第一级减压的收缩孔设置在进气接头处，高压气体进入壳体前就已经完成一次减压，对壳体强度要求低。

Description

一种高压氢气减压阀

技术领域

本实用新型属于氢气阀技术领域，涉及高压氢气减压阀。

背景技术

氢燃料电池汽车是新能源汽车中的一种，它利用氢气和氧气发生电化学反应产生电能驱动汽车行驶，排出来的是无污染的水，能真正做到环保。减压阀是氢燃料电池供氢系统中的一个关键零部件，安装于瓶口阀与喷射器之间，将700bar高压氢气减压为10~20bar低压氢气供给喷射器，并在进口压力和流量变化时，输出压力的波动范围保持在±2bar内，即具有减压和稳压功能。减压原理为气体流经扩张-收缩-扩张通道，气体流速增加，压力下降。减压功能由主阀组件来完成。稳压原理为感应元件感应减压后的气体压力，并与负载元件保持平衡，并随出气压力变化，通过调整主阀位置，来调节阀后压力。稳压功能由感应元件和负载元件来完成。主阀有锥阀、平面阀。感应元件有皮膜式、活塞式和波纹管式。负载有弹簧、空气。根据主阀是否受进气影响，分为平衡式和非平衡式。根据减压的次数可分为单级、两级、三级减压。

现有氢气减压阀存在减压结构复杂，对阀体强度要求高的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种高压氢气减压阀，能解决上述的问题，且能方便生产制造管理。

按照本实用新型提供的技术方案：一种高压氢气减压阀，包括阀体，阀体中设有一级主阀和二级主阀，一级主阀包括一级阀腔，一级阀腔上方设有进气接头，一级阀腔底部安装一级堵头，进气接头与一级堵头之间设有依次连通的一级阀芯腔、一级弹簧腔，一级阀芯腔连通进气接头输出端，一级阀芯腔尺寸小于一级弹簧腔，一级活塞在一级阀腔中滑动，一级活塞顶部安装一级阀芯，一级阀芯在一级阀芯腔中滑动，一级弹簧腔中设有一级弹簧，一级弹簧上端抵住一级弹簧腔顶部，一级弹簧下端抵住一级活塞下部，一级活塞中轴向设有一级活塞轴向气道，一级活塞上部径向设有一级活塞径向气孔，一级活塞径向气孔连通一级阀芯腔与一级活塞轴向气道，一级活塞径向气孔另一端连通一级弹簧腔，一级堵头中开设一级堵头气道，一级堵头气道连通一级弹簧腔及一级阀腔底部；二级主阀包括二级阀腔，二级阀腔顶部安装通气阀，底部安装阀杆座，通气阀与阀杆座之间依次设有二级活塞腔、二级密封锥孔、二级阀芯腔，二级活塞腔中竖直滑动二级活塞，二级活塞与通气阀之间安装二级主弹簧，二级活塞腔下部、阀杆座上部中竖直滑动设有二级阀杆，二级阀杆顶部伸出二级阀芯抵住二级活塞底部，二级阀杆中部为二级阀杆凸台，二级阀杆上部套设二级阀芯，二级阀芯顶部与二级密封锥孔形成适配的二级密封面，二级阀杆凸台底部与阀杆座顶部之间安装二级辅助弹簧；阀体一侧螺纹连接接头座，接头座中开设接头座气道，接头座上集成排气口，排气口连通接头座气道；二级活塞腔底部连通接头座气道，一级弹簧和二级主弹簧所在的腔室相连通，一级阀腔底部通过阀体通道连通二级阀芯腔；进气接头中竖直贯穿进气孔，进气孔呈逐渐缩小的台阶状，进气孔下部为进气节流孔。

作为本实用新型的进一步改进，进气孔上下端分别连通氢气气源及一级阀芯腔，进气孔中部安装进气过滤器进气接头与阀体之间设有密封圈。

作为本实用新型的进一步改进，二级密封锥孔呈倒锥形，二级密封锥孔大孔端连通二级阀芯腔，二级密封锥孔小孔端连通二级活塞腔。

作为本实用新型的进一步改进，一级活塞与一级阀芯腔、一级弹簧腔之间均设有密封圈；一级阀腔与一级堵头之间设有密封圈。

作为本实用新型的进一步改进，接头座上集成有安全阀接口，安全阀接口连通接头座气道，安全阀接口螺纹连接安全阀，安全阀采用弹簧安全阀。

作为本实用新型的进一步改进，接头座集成压力传感器接口，压力传感器接口连通接头座气道。

本申请的积极进步效果在于：

1、本实用新型采用两级减压结构，减压并稳压效果好；第一级减压的收缩孔设置在进气接头处，高压气体进入壳体前就已经完成一次减压，对壳体强度要求低。

2、本实用新型一级主阀采用非平衡式结构，结构简单，无需高压动密封，降低泄漏风险；二级阀芯与二级阀杆组装为一体，减少零件数量，方便生产制造管理。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型通气阀的结构示意图。

图1-图2中，包括阀体1、一级阀芯腔1-1、一级弹簧腔1-2、一级活塞3、一级弹簧4、进气接头14、一级堵头15等。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例。此外，“包括”和“具有”等类似术语，是指除了已经在“包括”和“具有”中所罗列的那些内容以外，还可以“包括”和“具有”其它尚未罗列的内容；例如，可以包含一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备，不必限于已经清楚地列出的那些步骤或单元，而是可以包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

由于图纸角度问题，可能有部分部件未画出，但其位置及连接关系可以根据文字表达部分理解。

如图1所示，本实用新型是一种高压氢气减压阀,包括阀体1，阀体1中设有一级主阀和二级主阀，一级主阀包括一级阀腔，一级阀腔上方设有进气接头14，一级阀腔底部安装一级堵头15，进气接头14与一级堵头15之间设有依次连通的一级阀芯腔1-1、一级弹簧腔1-2，一级阀芯腔1-1连通进气接头14输出端，一级阀芯腔1-1尺寸小于一级弹簧腔1-2，一级活塞3在一级阀腔中滑动，一级活塞3顶部安装一级阀芯2，一级阀芯2在一级阀芯腔1-1中滑动，一级弹簧腔1-2中设有一级弹簧4，一级弹簧4上端抵住一级弹簧腔1-2顶部，一级弹簧4下端抵住一级活塞3下部，一级活塞3中轴向设有一级活塞轴向气道3-1，一级活塞3上部径向设有一级活塞径向气孔3-2，一级活塞径向气孔3-2连通一级阀芯腔1-1与一级活塞轴向气道3-1，一级活塞径向气孔3-2另一端连通一级弹簧腔1-2，一级堵头15中开设一级堵头气道15-1，一级堵头气道15-1连通一级弹簧腔1-2及一级阀腔底部。二级主阀包括二级阀腔，二级阀腔顶部安装通气阀11，底部安装阀杆座5，通气阀11与阀杆座5之间依次设有二级活塞腔1-4、二级密封锥孔、二级阀芯腔1-5，二级活塞腔1-4中竖直滑动二级活塞9，二级活塞9与通气阀11之间安装二级主弹簧10，二级活塞腔1-4下部、阀杆座5上部中竖直滑动设有二级阀杆6，二级阀杆6顶部伸出二级阀芯8抵住二级活塞9底部，二级阀杆6中部为二级阀杆凸台，二级阀杆6上部套设二级阀芯8，二级阀芯8顶部与二级密封锥孔形成适配的二级密封面，二级阀杆凸台底部与阀杆座5顶部之间安装二级辅助弹簧7。阀体1一侧螺纹连接接头座12，接头座12中开设接头座气道12-1，接头座12上集成排气口12-2，排气口12-2连通接头座气道12-1。二级活塞腔1-4底部连通接头座气道12-1，一级弹簧4和二级主弹簧10所在的腔室相连通，一级阀腔底部通过阀体通道1-6连通二级阀芯腔1-5。

进气接头14中竖直贯穿进气孔，进气孔呈逐渐缩小的台阶状，进气孔下部为进气节流孔14-1，对进入阀体1的高压气体进行一次减压，降低对阀体的强度要求。进气孔上下端分别连通氢气气源及一级阀芯腔1-1，进气孔中部安装进气过滤器14-2，可防止气路中的杂质进入减压阀。进气接头14与阀体1之间设有密封圈。

二级密封锥孔呈倒锥形，倒锥结构使氢气从下至上流通时通过的截面积减小，产生节流，使氢气压力下降。二级密封锥孔大孔端连通二级阀芯腔1-5，二级密封锥孔小孔端连通二级活塞腔1-4。

一级活塞3与一级阀芯腔1-1、一级弹簧腔1-2之间均设有密封圈。一级阀腔与一级堵头15之间设有密封圈。

接头座12上集成有安全阀接口，安全阀接口连通接头座气道12-1，安全阀接口螺纹连接安全阀13，安全阀13采用弹簧安全阀，当减压阀出口压力超出设定值时，氢气顶起阀瓣使安全阀13打开泄压，对减压阀及阀后组件起保护作用。

接头座12集成压力传感器接口12-3，压力传感器接口12-3连通接头座气道12-1，用于安装压力传感器，以检测出口压力。

二级阀腔顶部螺纹安装通气阀11，用以保持一级弹簧4和二级主弹簧10所在的腔室内压力与外界大气压平衡。如图2所示，通气阀11包括通气阀体11-1和通气伞体11-6，通气阀体11-1中安装伞体座11-2，伞体座11-2上部安装顶盖11-3，顶盖11-3上竖直贯穿顶盖通气孔11-4，伞体座11-2中部设有伞体安装孔，伞体安装孔外周竖直贯穿伞体座通气孔11-5，通气伞体11-6中部安装在伞体安装孔内，通气伞体11-6上部为弹性伞翼11-7，弹性伞翼11-7呈弧形并覆盖伞体座通气孔11-5。弹性伞翼11-7防止外来的灰尘或杂物进入阀体1内。

当一级弹簧4和二级主弹簧10所在的腔室内压力过高时，氢气气体向上穿过伞体座通气孔11-5并顶开弹性伞翼11-7后从顶盖通气孔11-4排至大气。

在使用前调整通气阀11在二级阀腔的位置，保证二级主弹簧10及二级辅助弹簧7处于适配的压缩状态。

为了防止二级主弹簧10发生折弯、倾斜，通气阀11底部安装弹簧座，弹簧座下部设有弹簧导柱，二级主弹簧10上部套设在弹簧导柱外周，二级主弹簧10上下两端分别抵住弹簧座和二级活塞9。

为了便于实现不同压力的减压需求，一级弹簧4与一级弹簧腔1-2之间、二级主弹簧10与二级活塞9之间、二级辅助弹簧7与阀杆座5之间安装第一调整垫片、第二调整垫片、第三调整垫片。

根据不同压力的减压需求，采用相应厚度的第一调整垫片、第二调整垫片、第三调整垫片。

阀体1与安装在其中的部件之间均安装密封圈。

本实用新型的工作原理如下：

减压阀正常工作时，高压氢气气源从进气接头14进入阀体1，依次穿过进气节流孔14-1、一级阀芯腔1-1、一级活塞轴向气道3-1、一级活塞径向气孔3-2，一部分氢气位于一级活塞3与一级堵头15之间，剩余的氢气继续通过一级堵头气道15-1、一级阀腔底部、阀体通道1-6、二级阀芯腔1-5、二级密封锥孔、二级活塞腔1-4底部、接头座气道12-1后从排气口12-2排出。

高压氢气从进气节流孔14-1进入一级阀芯腔1-1以及从二级阀芯腔1-5进入二级密封锥孔时流通截面积减小，产生节流，使氢气压力下降。

一级活塞3不工作时，在一级弹簧4的作用下是被压至与一级堵头15接触，当高压氢气进入至一级活塞轴向气道3-1内，一级活塞轴向气道3-1内的压力会比没通气时提升，气体压力对抗弹簧力把一级活塞3件往上抬升。一级活塞3件抬升后，高压氢气降低，达到动态平衡。

当阀后氢气喷射器关闭时，排气口12-2无法排出氢气，二级活塞9下端气压力升高，推动二级活塞9向上运动至与二级阀杆6脱开，二级阀杆6在二级辅助弹簧10和气压力的作用下向上运动直至二级阀芯8与二级密封锥孔接触，二级密封面贴合，二级主阀锁止；一级活塞3下端所受气压力升高，推动一级阀芯2向上运动至与进气节流孔14-1底部接触，一级主阀锁止。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种高压氢气减压阀，包括阀体（1），阀体（1）中设有一级主阀和二级主阀，其特征在于，一级主阀包括一级阀腔，一级阀腔上方设有进气接头（14），一级阀腔底部安装一级堵头（15），进气接头（14）与一级堵头（15）之间设有依次连通的一级阀芯腔（1-1）、一级弹簧腔（1-2），一级阀芯腔（1-1）连通进气接头（14）输出端，一级阀芯腔（1-1）尺寸小于一级弹簧腔（1-2），一级活塞（3）在一级阀腔中滑动，一级活塞（3）顶部安装一级阀芯（2），一级阀芯（2）在一级阀芯腔（1-1）中滑动，一级弹簧腔（1-2）中设有一级弹簧（4），一级弹簧（4）上端抵住一级弹簧腔（1-2）顶部，一级弹簧（4）下端抵住一级活塞（3）下部，一级活塞（3）中轴向设有一级活塞轴向气道（3-1），一级活塞（3）上部径向设有一级活塞径向气孔（3-2），一级活塞径向气孔（3-2）连通一级阀芯腔（1-1）与一级活塞轴向气道（3-1），一级活塞径向气孔（3-2）另一端连通一级弹簧腔（1-2），一级堵头（15）中开设一级堵头气道（15-1），一级堵头气道（15-1）连通一级弹簧腔（1-2）及一级阀腔底部；二级主阀包括二级阀腔，二级阀腔顶部安装通气阀（11），底部安装阀杆座（5），通气阀（11）与阀杆座（5）之间依次设有二级活塞腔（1-4）、二级密封锥孔、二级阀芯腔（1-5），二级活塞腔（1-4）中竖直滑动二级活塞（9），二级活塞（9）与通气阀（11）之间安装二级主弹簧（10），二级活塞腔（1-4）下部、阀杆座（5）上部中竖直滑动设有二级阀杆（6），二级阀杆（6）顶部伸出二级阀芯（8）抵住二级活塞（9）底部，二级阀杆（6）中部为二级阀杆凸台，二级阀杆（6）上部套设二级阀芯（8），二级阀芯（8）顶部与二级密封锥孔形成适配的二级密封面，二级阀杆凸台底部与阀杆座（5）顶部之间安装二级辅助弹簧（7）；阀体（1）一侧螺纹连接接头座（12），接头座（12）中开设接头座气道（12-1），接头座（12）上集成排气口（12-2），排气口（12-2）连通接头座气道（12-1）；二级活塞腔（1-4）底部连通接头座气道（12-1），一级弹簧（4）和二级主弹簧（10）所在的腔室相连通，一级阀腔底部通过阀体通道（1-6）连通二级阀芯腔（1-5）；进气接头（14）中竖直贯穿进气孔，进气孔呈逐渐缩小的台阶状，进气孔下部为进气节流孔（14-1）。

2.如权利要求1所述的高压氢气减压阀，其特征在于，进气孔上下端分别连通氢气气源及一级阀芯腔（1-1），进气孔中部安装进气过滤器（14-2）进气接头（14）与阀体（1）之间设有密封圈。

3.如权利要求1所述的高压氢气减压阀，其特征在于，二级密封锥孔呈倒锥形，二级密封锥孔大孔端连通二级阀芯腔（1-5），二级密封锥孔小孔端连通二级活塞腔（1-4）。

4.如权利要求1所述的高压氢气减压阀，其特征在于，一级活塞（3）与一级阀芯腔（1-1）、一级弹簧腔（1-2）之间均设有密封圈；一级阀腔与一级堵头（15）之间设有密封圈。

5.如权利要求1所述的高压氢气减压阀，其特征在于，接头座（12）上集成有安全阀接口，安全阀接口连通接头座气道（12-1），安全阀接口螺纹连接安全阀（13），安全阀（13）采用弹簧安全阀。

6.如权利要求1所述的高压氢气减压阀，其特征在于，接头座（12）集成压力传感器接口（12-3），压力传感器接口（12-3）连通接头座气道（12-1）。