CN109826981A - 一种高度集成的高压氢气瓶口阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高度集成的高压氢气瓶口阀，包括：带连接柱体的主阀体，在主阀体内设置有独立的第一流道和第二流道，第一流道的一端在主阀体表面形成第一进气口、另一端在连接柱体底面形成第一出气口；第二流道一端在连接柱体底面形成第二进气口、另一端在主阀体表面形成第二出气口；在第一流道上、由第一进气口向第一出气口方向依次设置有第一过滤器和单向阀；在第二流道上、由第二进气口向第二出气口方向依次设置有限流阀、第二过滤器、电磁阀、手动切断阀和减压阀，减压阀集成于主阀体上。将各单体阀体及元器件集成于主阀体上既能使瓶口阀整体更加简单、紧凑，便于管路布局，又能减少氢气泄漏风险，提高瓶口阀的安全可靠性能。

Description

一种高度集成的高压氢气瓶口阀

技术领域

本发明涉及储氢技术领域，尤其涉及一种高度集成的高压氢气瓶口阀。

背景技术

氢能被认为是二十一世纪重要的二次能源，具有资源丰富、燃烧值高、清洁和可再生等优点，随着燃料电池和电池汽车技术的迅速发展，安全、高效的储氢技术成为氢能应用的关键。

目前储氢方式采用储氢气瓶高压储氢，储氢气瓶内的高压氢气的合理、有效使用离不开瓶口阀，储氢气瓶内的高压氢气必须经瓶口阀及后续系统处理后才能提供给燃料电池，因而瓶口阀是供氢系统中及其重要的部件，其性能优劣直接影响燃料电池的正常工作、供氢系统的使用效率、以及供氢系统的安全性能。

市场上常见的瓶口阀是在瓶口阀的主阀体上通过外接管路外接具有相应功能的单体阀件及元器件，各单体阀件及元器件呈分列式布置于主阀体周围。上述结构的瓶口阀存在如下缺点：①外接管路数量多且布局繁琐，瓶口阀整体结构占用空间大；②使用过程中易出现氢气泄漏现象、安全可靠性非常低。

发明内容

本发明所需解决的技术问题是：提供一种将各单体阀体及元器件集成于主阀体上的高度集成的高压氢气瓶口阀，这样既能使瓶口阀整体更加简单、紧凑，便于管路布局，又能减少氢气泄漏风险，提高瓶口阀的安全可靠性能。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：所述的一种高度集成的高压氢气瓶口阀密封设置于储氢气瓶的瓶口上，一种高度集成的高压氢气瓶口阀的结构包括：主阀体，在主阀体底部设置有能伸入储氢气瓶瓶口中的连接柱体，在连接柱体上设置有与储氢气瓶瓶口的内螺纹配合连接的连接螺纹，瓶口阀通过连接柱体上的连接螺纹旋紧于储氢气瓶的瓶口上。在主阀体内设置有第一流道和第二流道，第一流道和第二流道相互独立，第一流道的进气口贯穿主阀体表面、在主阀体表面形成第一进气口，第一流道的出气口贯穿连接柱体底面、在连接柱体底面形成第一出气口；第二流道的进气口贯穿连接柱体底面、在连接柱体底面形成第二进气口，第二流道的出气口贯穿主阀体表面、在主阀体表面形成第二出气口。

在第一流道上、由第一进气口向第一出气口方向依次设置有第一过滤器和单向阀，填充储氢气瓶的原料气体从第一进气口进入后依次经第一过滤器、单向阀、第一出气口填充入储氢气瓶中。其中单向阀的设置保证储氢气瓶中的气体无法从第一出气口向第一进气口流动。

在第二流道上、由第二进气口向第二出气口方向依次设置有限流阀、第二过滤器、电磁阀、手动切断阀和减压阀；所述的减压阀阀体为柱体形状，在减压阀阀体上设置有外螺纹，在位于外螺纹下方的减压阀阀体侧壁上设置有向内凹进的长形槽，减压阀的进气口设置于长形槽槽底，减压阀的出气口设置于减压阀阀体底部，在主阀体上开设有向内凹进的连接孔，在连接孔侧壁设置有与外螺纹配合的内螺纹，减压阀密封旋紧于连接孔中后，减压阀阀体底部与连接孔孔底之间留有间隙，在位于减压阀阀体底部与连接孔孔底之间的连接孔侧壁上开设有第二连接孔，在与长形槽相对的连接孔侧壁上开设有第一连接孔，储存于储氢气瓶中的高压氢气从第二进气口依次经限流阀、第二过滤器、电磁阀、手动切断阀、第一连接孔、减压阀、第二连接孔后从第二出气口流出。

进一步地，前述的一种高度集成的高压氢气瓶口阀，其中，在减压阀阀体顶部侧壁上间隔切割有若干平台，平台的设置便于减压阀阀体拧紧安装。

进一步地，前述的一种高度集成的高压氢气瓶口阀，其中，所述的减压阀阀体由第一阀体和第二阀体构成，且第一阀体的外径大于第二阀体外径，外螺纹、长形槽均位于第一阀体上，减压阀的出气口位于第二阀体底部；所述的连接孔由与第一阀体匹配的第一连接空腔和与第二阀体匹配第二连接空腔构成，且第一连接空腔内径大于第二连接空腔内径，第一连接孔位于第一连接空腔侧壁，第二连接孔位于第二连接空腔侧壁；减压阀密封旋紧于连接孔中时，第二阀体伸入第二连接空腔中，此时第二阀体底部与第二连接空腔底部之间留有间隙，第二连接孔位于第二阀体与第二连接空腔之间的第二连接空腔侧壁上。上述结构的设置能防止从第一连接孔进入的氢气从减压阀阀体与连接孔孔壁之间的间隙向第二连接孔泄漏，从而保证减压阀调压的准确性。

进一步地，前述的一种高度集成的高压氢气瓶口阀，其中，在位于外螺纹与长形槽之间的减压阀阀体侧壁上开设有容纳槽，在容纳槽中设置有挡圈和密封圈。

进一步地，前述的一种高度集成的高压氢气瓶口阀，其中，在主阀体内设置有独立的第三流道，第三流道的进气口贯穿连接柱体底面、在连接柱体底面形成第三进气口，第三流道的出气口贯穿主阀体表面、在主阀体表面形成第三出气口；在第三流道上设置有阻断第三流道流通的TPRD泄放装置。

进一步地，前述的一种高度集成的高压氢气瓶口阀，其中，在主阀体内设置有独立的检测通道，检测通道的一端贯穿连接柱体底面、在连接柱体底面形成检测口，检测通道的另一端贯穿主阀体表面、在主阀体表面形成安装口，温度传感器密封设置于检测通道内。

进一步地，前述的一种高度集成的高压氢气瓶口阀，其中，在主阀体内设置有独立的泄压通道，泄压通道的进气口贯穿连接柱体底面、在连接柱体底面形成泄压进口，泄压通道的出气口贯穿主阀体表面、在主阀体表面形成泄压出口，在泄压通道上设置有安全泄压阀和压力变送器。

本发明的有益效果是：①集成度高，有效减少瓶口阀外接管路数量，方便管路布局，瓶口阀整体结构更加简单、紧凑 ；②减少氢气泄漏风险，提高瓶口阀的安全可靠性能。

附图说明

图1是本发明所述的一种高度集成的高压氢气瓶口阀的立体结构示意图。

图2是本发明所述的一种高度集成的高压氢气瓶口阀另一个方向的立体结构示意图。

图3是图2中A方向的结构示意图。

图4是本发明所述的一种高度集成的高压氢气瓶口阀顶面的结构示意图。

图5是图4中D-D剖视方向的结构示意图。

图6是图4中E-E剖视方向的结构示意图。

图7是减压阀集成于主阀体中的内部结构示意图。

图8是图1中C方向的结构示意图。

图9是图8中B-B剖视方向的结构示意图。

图10是减压阀的立体结构示意图。

图11是减压阀的内部结构示意图。

图12是本发明所述的一种高度集成的高压氢气瓶口阀的原理示意图。

图13是第一过滤器的结构示意图。

图14是第一过滤器的内部结构示意图。

图15是第一过滤器安装在主阀体中的工作状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明所述的技术方案作进一步详细的说明。

一种高度集成的高压氢气瓶口阀使用时密封连接于储氢气瓶100的瓶口上，如图1和图2所示，本实施例所述的一种高度集成的高压氢气瓶口阀的结构为：包括主阀体1，在主阀体1底部设置有能伸入储氢气瓶100瓶口中的连接柱体2，在连接柱体2上设置有与储氢气瓶100瓶口的内螺纹配合连接的连接螺纹21，高度集成的高压氢气瓶口阀通过连接柱体2上的连接螺纹21旋紧于储氢气瓶100的瓶口上。如图1、图3、图6、图7和图12所示，在主阀体1内设置有第一流道3和第二流道4，第一流道3和第二流道4相互独立、互不干涉。第一流道3的进气口贯穿主阀体1表面、在主阀体1表面形成第一进气口31，第一流道3的出气口贯穿连接柱体2底面、在连接柱体2底面形成第一出气口。 在第一流道3上、由第一进气口31向第一出气口方向依次设置有第一过滤器32和单向阀33，填充储氢气瓶100的原料气体从第一进气口31进入后依次经第一过滤器32、单向阀33、第一出气口填充入储氢气瓶100中。其中单向阀33的设置保证储氢气瓶100中的气体无法从第一出气口向第一进气口31流动。如图2和图3所示，本实施例中为使瓶口阀内部结构更加紧凑，将单向阀33设置于第一出气口中。

如图2、图3、图5、图7和图12所示，第二流道4的进气口贯穿连接柱体2底面、在连接柱体2底面形成第二进气口，第二流道4的出气口贯穿主阀体1表面、在主阀体1表面形成第二出气口41。在第二流道4上、由第二进气口向第二出气口41方向依次设置有限流阀42、第二过滤器43、电磁阀44、手动切断阀45和减压阀5。

如图7、图10和图11所示，所述的减压阀5阀体为柱体形状，在减压阀5阀体上设置有外螺纹51，在位于外螺纹51下方的减压阀5阀体侧壁上设置有向内凹进的长形槽52，减压阀的进气口53设置于长形槽槽底，减压阀的出气口54设置于减压阀5阀体底部，在主阀体1上开设有向内凹进的连接孔11，在连接孔11侧壁设置有与外螺纹51配合的内螺纹12，如图11所示，在位于外螺纹51与长形槽52之间的减压阀5阀体侧壁上开设有容纳槽，在容纳槽中设置有用于密封的挡圈55和密封圈56。减压阀5密封旋紧于连接孔11中后，减压阀5阀体底部与连接孔11孔底之间留有间隙，在位于减压阀5阀体底部与连接孔11孔底之间的连接孔11侧壁上开设有第二连接孔14，在与长形槽52相对的连接孔11侧壁上开设有第一连接孔13，储氢气瓶100中的高压氢气从第二进气口依次经限流阀42、第二过滤器43、电磁阀44、手动切断阀45、第一连接孔13、减压阀5、第二连接孔14后从第二出气口41流出。本实施例中为使瓶口阀内部结构更加紧凑，将限流阀42设置于第二进气口中。

如图10所示，在减压阀5阀体顶部侧壁上间隔切割有若干平台50，平台50的设置便于减压阀5阀体的拧紧安装。

如图10和图11所示，所述的减压阀5阀体由第一阀体501和第二阀体502构成，且第一阀体501的外径大于第二阀体502外径，外螺纹51、长形槽52均位于第一阀体501上，减压阀的出气口54位于第二阀体502底部。所述的连接孔11由与第一阀体501匹配的第一连接空腔和与第二阀体502匹配的第二连接空腔构成，且第一连接空腔内径大于第二连接空腔内径，第一连接孔13位于第一连接空腔侧壁，第二连接孔14位于第二连接空腔侧壁。减压阀5密封旋紧于连接孔11中时，第二阀体502伸入第二连接空腔中，此时第二阀体502底部与第二连接空腔底部之间留有间隙，第二连接孔14位于第二阀体502底部与第二连接空腔底部之间的第二连接空腔侧壁上。

如图1、图3、图5、图8、图9和图12所示，所示，在主阀体1内设置有独立的第三流道7，第三流道7、第一流道3和第二流道4三者相互独立、互不干涉。第三流道7的进气口贯穿连接柱体2底面、在连接柱体2底面形成第三进气口72，第三流道7的出气口贯穿主阀体1表面、在主阀体1表面形成第三出气口73；在第三流道7上设置有阻断第三流道7流通的TPRD泄放装置71。当第三流道7中的高压氢气温度达到一定数值时，TPRD泄放装置71中的易熔合金塞就会融化，从而使第三流道7畅通、对储氢气罐中的高压氢气进行泄放，从而起到保护作用。

如图1、图3、图4、图5和图12所示，在主阀体1内设置有独立的检测通道8，检测通道8、第三流道7、第一流道3和第二流道4均相互独立、互不干涉。检测通道8的一端贯穿连接柱体2底面、在连接柱体2底面形成检测口81，检测通道8的另一端贯穿主阀体1表面、在主阀体1表面形成安装口82，温度传感器83密封设置于检测通道8内。所述的温度传感器83为热敏电阻器，热敏电阻器的感应头从检测口81伸出，热敏电阻器的电线座85密封设置于检测通道8内，从电线座85伸出的电线84从安装口82接出。

如图2、图3和图12所示，在主阀体1内设置有独立的泄压通道，泄压通道与检测通道8、第三流道7、第一流道3和第二流道4均相互独立、互不干涉。泄压通道的进气口贯穿连接柱体2底面、在连接柱体2底面形成泄压进口61，泄压通道的出气口贯穿主阀体1表面、在主阀体1表面形成泄压出口，在泄压通道上设置有安全泄压阀6和压力变送器62。为使瓶口阀内部结构更加紧凑，将安全泄压阀6设置于泄压出口中。

实施例二

第一过滤器32和第二过滤器43两者结构完全相同，本实施例详细描述第一过滤器32的结构，如图13、图14、图15所示，所述的第一过滤器32的结构为：包括：滤芯筒体201，滤芯筒体201的一端设置有排气口211，排气口211与滤芯筒体201的内腔212相连通。滤芯筒体201的另一端设置有进气头202，进气头202的外端开设有进气孔221，进气头202的侧壁上间隔设置有若干排气通孔222，每个排气通孔222均与进气孔221连通。本实施例中，排气通孔222的数量为四个，四个排气通孔222沿进气头202的侧壁周向均匀间隔设置。

如图15所示，滤芯筒体201的筒壁上缠绕有滤丝213，滤丝213的直径以0.5mm左右为宜，所述的滤丝213为钢丝。相邻滤丝213之间的间隙形成过滤间隙，为了确保过滤效果，相邻滤丝213之间的过滤间隙大于等于20微米小于等于50微米。

缠绕有滤丝213的滤芯筒体201的筒壁周向均匀间隔布置有若干向内凹陷的进气凹槽214，每条进气凹槽214内均设置有若干滤芯通孔215，每个滤芯通孔215均与滤芯筒体201的内腔212相连通。本实施例中，相邻两条进气凹槽214中的过滤通孔215在滤芯筒体201轴向相互错开设置。

为了确保滤丝213安装的稳固性并确保相邻滤丝213间的过滤间隙均匀性，本实施例中滤芯筒体201的筒壁上设置有螺纹216，螺纹216的螺距比滤丝213的直径大20~50微米所述的滤丝213缠绕在相邻螺纹216形成的螺纹槽内。滤芯筒体201的筒壁的两端分别设置有固定孔217和固定凹槽218，滤丝213的一端固定在固定孔217中，滤丝213的另一端固定在固定凹槽218中。

使用时将第一过滤器32安装在第一流道3的阀腔231内，进气头202上的进气孔221与第一流道3的第一进气口31相连通，滤芯筒体201的筒壁与阀腔231的内壁之间形成一个密闭的过滤腔室230，进气头202上的每个排气通孔222均与过滤腔室230相连通，滤芯筒体201的排气口211与第二单向阀33连通。

氢气从第一流道3的第一进气口31进入至阀腔231内，然后经进气孔221从排气通孔222进入至过滤腔室230中，过滤腔室230中的氢气通过滤丝213的过滤后从进气凹槽214的滤芯通孔215中进入至滤芯筒体201的内腔212中。滤芯筒体201内腔212中的氢气再从排气口211中进入至第二单向阀33中。第二过滤器43的结构与第一过滤器32的结构及工作原理一致，不再赘述。

第一过滤器32、第二过滤器43结构简单，占用空间小，能方便地集成安装在主阀体1中，从而对氢气进行有效过滤，确保氢气的洁净度，有效提高氢能源品质，杜绝车载气瓶阀门堵塞的情况发生。其余结构和使用方式与实施例一相同，不再赘述。

以上所述仅是本发明的较佳实施例，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明要求保护的范围。

本发明的优点是：①集成度高，有效减少瓶口阀外接管路数量，方便管路布局，瓶口阀整体结构更加简单、紧凑 ；②减少氢气泄漏风险，提高瓶口阀的安全可靠性能。

Claims (7)

1.一种高度集成的高压氢气瓶口阀，包括：主阀体，其特征在于：在主阀体底部设置有能伸入储氢气瓶瓶口中的连接柱体，在连接柱体上设置有与储氢气瓶瓶口匹配连接的连接螺纹；在主阀体内设置有第一流道和第二流道，第一流道和第二流道相互独立，第一流道的进气口贯穿主阀体表面、在主阀体表面形成第一进气口，第一流道的出气口贯穿连接柱体底面、在连接柱体底面形成第一出气口；第二流道的进气口贯穿连接柱体底面、在连接柱体底面形成第二进气口，第二流道的出气口贯穿主阀体表面、在主阀体表面形成第二出气口；在第一流道上、由第一进气口向第一出气口方向依次设置有第一过滤器和单向阀，单向阀阻断气体从第一出气口向第一进气口流动；在第二流道上、由第二进气口向第二出气口方向依次设置有限流阀、第二过滤器、电磁阀、手动切断阀和减压阀；所述的减压阀阀体为柱体形状，在减压阀阀体上设置有外螺纹，在位于外螺纹下方的减压阀阀体侧壁上设置有向内凹进的长形槽，减压阀的进气口设置于长形槽槽底，减压阀的出气口设置于减压阀阀体底部；在主阀体上开设有向内凹进的连接孔，在连接孔侧壁设置有与外螺纹配合的内螺纹，减压阀密封旋紧于连接孔中后，减压阀阀体底部与连接孔孔底之间留有间隙，在位于减压阀阀体底部与连接孔孔底之间的连接孔侧壁上开设有第二连接孔，在与长形槽相对的连接孔侧壁上开设有第一连接孔，气体从第二进气口依次经限流阀、第二过滤器、电磁阀、手动切断阀、第一连接孔、减压阀、第二连接孔后从第二出气口流出。

2.根据权利要求1所述的一种高度集成的高压氢气瓶口阀，其特征在于：在减压阀阀体顶部侧壁上间隔切割有若干平台。

3.根据权利要求1或2所述的一种高度集成的高压氢气瓶口阀，其特征在于：所述的减压阀阀体由第一阀体和第二阀体构成，且第一阀体的外径大于第二阀体外径，外螺纹、长形槽均位于第一阀体上，减压阀的出气口位于第二阀体底部；所述的连接孔由与第一阀体匹配的第一连接空腔和与第二阀体匹配的第二连接空腔构成，第一连接空腔内径大于第二连接空腔内径，第一连接孔位于第一连接空腔侧壁，第二连接孔位于第二连接空腔侧壁；减压阀密封旋紧于连接孔中时，第二阀体伸入第二连接空腔中。

4.根据权利要求1或2所述的一种高度集成的高压氢气瓶口阀，其特征在于：在位于外螺纹与长形槽之间的减压阀阀体侧壁上开设有容纳槽，在容纳槽中设置有挡圈和密封圈。

5.根据权利要求1所述的一种高度集成的高压氢气瓶口阀，其特征在于：在主阀体内设置有独立的第三流道，第三流道的进气口贯穿连接柱体底面、在连接柱体底面形成第三进气口，第三流道的出气口贯穿主阀体表面、在主阀体表面形成第三出气口；在第三流道上设置有阻断第三流道流通的TPRD泄放装置。

6.根据权利要求1所述的一种高度集成的高压氢气瓶口阀，其特征在于：在主阀体内设置有独立的检测通道，检测通道的一端贯穿连接柱体底面、在连接柱体底面形成检测口，检测通道的另一端贯穿主阀体表面、在主阀体表面形成安装口，温度传感器密封设置于检测通道内。

7.根据权利要求1、5或6所述的一种高度集成的高压氢气瓶口阀，其特征在于：在主阀体内设置有独立的泄压通道，泄压通道的进气口贯穿连接柱体底面、在连接柱体底面形成泄压进口，泄压通道的出气口贯穿主阀体表面、在主阀体表面形成泄压出口，在泄压通道上设置有安全泄压阀和压力变送器。