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CN109931427A - 氢用二级减压电子式调节器 - Google Patents

氢用二级减压电子式调节器 Download PDF

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CN109931427A CN201811447647.3A CN201811447647A CN109931427A CN 109931427 A CN109931427 A CN 109931427A CN 201811447647 A CN201811447647 A CN 201811447647A CN 109931427 A CN109931427 A CN 109931427A
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金载侊
金在京
李浚赫
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Abstract

本发明的氢用二级减压电子式调节器，用于对高压氢进行二级减压，其特征在于，包括：本体(10)，具有与入口(11)、排出口(12)及出口(13)相连通的氢流动路径；第一次减压单元(20)，在上述本体(10)的氢流动路径设置轴部(22)和减压片(24)，用于降低到达排出口(12)的氢的压力；以及第二次减压单元(30)，通过设置于上述本体(10)的排出口(12)与出口(13)之间的电磁阀来降低氢的压力。由此，在高压氢用调节器中通过二级减压确保气密性能的同时提高压力稳定性，并以电子式适用于第二次减压单元来可以比机械式更加精确地进行控制，从而具有可提高工作可靠性的效果。

Description

氢用二级减压电子式调节器
技术领域
本发明涉及氢用调节器，更加具体地，涉及用于构成氢燃料电池车辆中的燃料电池系统的氢用二级减压电子式调节器。
背景技术
在所谓的氢汽车中，燃料电池系统包括燃料电池堆体、燃料供给部、冷却部等。氢从高压罐利用调节器减压来向燃料电池供给。氢用调节器在高压和低压区域要求均匀的性能，并且重要地管理氢气的内部和外部气密性。
关于氢用调节器，可参照韩国公开专利公报第2017-0074009号(现有文献1)、韩国授权专利公报第0792541号(现有文献2)等。
现有文献1包括：主体，具有中空结构，沿着轴向和径向形成多个端口；活塞，以可上下移动的方式收容于主体的中空；阀片，收容于主体的中空，以形成孔；以及轴部，以经过活塞和阀片的方式设置，进行用于调节压力的上下移动。由此，期待既维持良好的工作可靠性和耐久性，又实现轻薄短小的结构的效果。
上述现有文献1采用一级减压，通过活塞和轴的工作来利用机械式原理对压力进行减压之后供给与所需流量相应的氢。但是因流量而引起的压力偏差大，从而缺乏精密性的缺点和因片部泄漏而从高压向低压区间的内部泄漏被确认为是长期问题。
现有文献2包括：阀轴，固设于第一活塞的第一减压室侧，在以与本体的流入口连通的方式形成的孔之间形成流动间隔；以及第二弹簧，设置于第二活塞的第二减压室的相反侧，从而通过由阀轴、第一活塞以及第二活塞在本体内往复移动来进行二级减压。由此期待耐久性优秀、结构简单且容易机械能二级减压的效果。
但是，上述现有文献2也利用机械式原理来对氢进行减压，因而在提高压力控制的精密性方面存在局限性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：韩国公开专利公报第2017-0074009号“氢燃料电池车辆的高压调节器”(公开日：2017年06月29日)
专利文献2：韩国授权专利公报第0792541号“高压气体用调节器”(公开日：2008年01月09日)
发明内容
要解决的技术问题
用于改善如上所述的现有技术的问题的本发明目的在于，提供在通过二级减压确保气密性能的同时提高压力稳定性，并以电子式适用于第二次减压单元来可以比机械式更加精确地进行控制的氢用二级减压电子式调节器。
本发明的另一目的在于，通过第一次减压单元的平衡功能来使每个供给压力的压力偏差最小化，从而稳定地维持供给于第二次减压单元的压力。
解决问题的技术方案
为了实现上述目的，本发明的氢用二级减压电子式调节器，用于对高压氢进行二级减压，其特征在于，包括：本体，具有与入口、排出口及出口相连通的氢流动路径；第一次减压单元，在上述本体的氢流动路径设置轴部和减压片，用于降低到达排出口的氢的压力；以及第二次减压单元，通过设置于上述本体的排出口与出口之间的电磁阀来降低氢的压力。
作为本发明的详细结构，本发明的特征在于，上述第二次减压单元的电磁阀通过向凸缘和针施加由线圈和芯产生的电磁力来变更与排出口相结合的减压片的开度。
作为本发明的详细结构，本发明的特征在于，在上述减压片与针之间以能够通过氢的流动来自由移动的方式安装有球体。
作为本发明的详细结构，本发明的特征在于，上述芯还包括形成在凹槽的至少一部分的球形背面，上述凹槽设置于外周面。
作为本发明的详细结构，本发明的特征在于，在上述凸缘的至少一端设置阻尼体，以减少和缓冲往复移动行程的速度变动。
作为本发明的变形例，本发明的特征在于，在上述减压片的上游端还设置以维持紧密的接触状态的方式固定的密封件。
发明的有益效果
像这样，根据本发明，在高压氢用调节器中通过二级减压确保气密性能的同时提高压力稳定性，并以电子式适用于第二次减压单元来可以比机械式更加精确地进行控制，从而具有可提高工作可靠性的效果。
附图说明
图1为示出本发明的氢用调节器的示意图。
图2为示出本发明的调节器的主要结构的示意图。
图3为以剖面示出本发明的第二次减压单元的结构图。
图4为示出本发明实施例的调节器的示意图。
附图标记的说明
10：本体 11：入口
12：排出口 13：出口
15：活塞 16：调节螺栓
20：第一次减压单元 22：轴部
24、34：减压片 30：第二次减压单元
31：线圈 32：芯
35：凸缘 36：针
40：球体 42：球形背面
43：阻尼体 45：密封件
47：敛缝
具体实施方式
以下，参照附图来对本发明的实施例详细说明如下。
本发明提出对高压氢进行二级减压的电子式调节器。虽然以适用于氢汽车的燃料电池系统的调节器作为对象，但并不局限于此。相对于压缩天然气(C ompressed NaturalGas)车辆，氢燃料电池车辆要求对调节器进行高压设计。
本发明的本体10呈具有与入口11、排出口12及出口13相连通的氢流动路径的结构。图1中例示在本体10的一侧形成有入口11，且在另一侧形成有排出口12和出口13的状态。出口13以从排出口12朝向侧方向连通的方式形成。从入口11流入的高压(例如，max.875bar)的氢以设定的压力和流量(例如，max.2000LPM)通过出口13排出。朝向本体10的向下方向形成的减压端口14为用于附着安全阀、放气阀、压力传感器等的部分。
并且，根据本发明，用于降低到达排出口12的氢的压力的第一次减压单元20具有上述本体10的氢流动路径的轴部22和减压片24。图2中例示在形成于本体10的中心的氢流动路径以可上下移动的方式设置有轴部22的状态。轴部22朝向上侧经过减压片24来与活塞15相接触，通过弹簧26朝向下侧受到上方的弹力。活塞15借助弹簧与朝向外部露出的调节螺栓16相连接来改变轴部22的移动力(减压水平)。根据如上所述的结构，向入口11供给的氢的压力在经过第一次减压单元20的过程中从700bar第一次减小为20bar水平。
并且，根据本发明，第二次减压单元30通过设置于上述本体10的排出口12与出口13之间的电磁阀来降低氢的压力。若经过第一次减压单元20的氢经过与排出口12相结合的第二次减压单元30，则最终以出口压力通过出口13来排出。第二次减压单元30的电磁阀由电子式构成，并适用基于另外逻辑的比例控制。并且要能够以规定的压力应对低流量及高流量。
作为本发明的详细结构，本发明的特征在于，上述第二次减压单元30的电磁阀通过向凸缘35和针36施加由施加线圈31和芯32产生的电磁力来变更与排出口12相结合的减压片34的开度。参照图3，电磁阀作为基本结构来具有线圈31、芯32、凸缘35及针36。优选地，凸缘35和针36适用溢流阀的组装公差来以强行扣入的方式形成为一体。以与排出口12相连通的方式设置于上游端的减压片34具有孔和圆锥形流路。圆锥形流路在具有耐磨性的材料上维持高度的表面粗糙度。
作为本发明的详细结构，本发明的特征在于，在上述减压片34与针36之间以能够通过氢的流动来自由移动的方式安装有球体40。在高压氢向减压片34流动的过程中，因雷诺数(Re.)的增加而发生管内流动分离(Flow Separation)现象以及由此发生再循环(Recirculation)。球体40以可与针36的端部相接触的方式收容于减压片34的圆锥形流路上，以防止以高压流动的氢的流动分离和再循环，球体40使用强度、耐磨性、耐候性以及比重高的金属材料，并具有与减压片34的圆锥形流路线接触的形状公差和表面粗糙度。
作为本发明的详细结构，本发明的特征在于，上述芯32还包括形成在凹槽的至少一部分的球形背面42，上述凹槽形成于外周面。为了施加通过线圈31产生的磁通量而安装的芯32在外周面具有凹槽，以恒定维持凸缘35的往复移动吸引力。图3中例示在凹槽的上侧形成有球形背面42的状态。球形背面42在凸缘35的往复移动行程端缩短用于解除残留磁通量的时间来有助于维持规定的吸引力。
作为本发明的详细结构，本发明的特征在于，在上述凸缘35的至少一端设置阻尼体43，以减少和缓冲往复移动行程的速度变动。阻尼体43由工程塑料或金属材料形成，并设置于凸缘35的上端或下端或两端。虽然未示出，但可在金属材料的两端结合工程塑料，也可形成多个微细通孔，以引导阻尼体43的弹性变形。在省略阻尼体43的情况下，在凸缘35的往复移动行程端中，因磁通量的吸引力而容易引起冲击和振动。
作为本发明的变形例，本发明的特征在于，在上述减压片34的上游端还设置以维持紧密的接触状态的方式固定的密封件45。作为机械式结构的第一次减压单元20对氢的每个流量的压力性能和内部的密封件呈现出局限性。若并用第一次减压单元20和第二次减压单元30，则有利于提高内部密封件的性能。优选地，在减压片34上与前述的球体40一同附设橡胶材料的密封件45。相对于螺栓螺旋方式，密封件45优选通过敛缝47结合。
另一方面，作为根据本发明来操作的一例，作为第二次减压单元30的电磁波以500～2000Hz范围设定用于调节速度的频率，并以0～100％范围设定用于调节流量的负荷(Duty)。由此，在排出口12经过第一次减压单元20的氢压力维持在19.0～20.0bar范围内，在出口13经过第二次减压单元30的氢压力维持在15～17bar(16±1.0bar以内)范围内。
本发明并不局限于所记载的实施例，在不脱离本发明的思想及范围内可实施多种修改及变形，这对于本发明所属技术领域的普通技术人员而言是显而易见的，因此这种变形例或修改例应属于本发明的发明要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种氢用二级减压电子式调节器，用于对高压氢进行二级减压，其特征在于，包括：
本体(10)，具有与入口(11)、排出口(12)及出口(13)相连通的氢流动路径；
第一次减压单元(20)，在上述本体(10)的氢流动路径设置轴部(22)和减压片(24)，用于降低到达排出口(12)的氢的压力；以及
第二次减压单元(30)，通过设置于上述本体(10)的排出口(12)与出口(13)之间的电磁阀来降低氢的压力。
2.根据权利要求1所述的氢用二级减压电子式调节器，其特征在于，上述第二次减压单元(30)的电磁阀通过向凸缘(35)和针(36)施加由线圈(31)和芯(32)产生的电磁力来变更与排出口(12)相结合的减压片(34)的开度。
3.根据权利要求2所述的氢用二级减压电子式调节器，其特征在于，在上述减压片(34)与针(36)之间以能够通过氢的流动来自由移动的方式安装有球体(40)。
4.根据权利要求2所述的氢用二级减压电子式调节器，其特征在于，上述芯(32)还包括形成在凹槽的至少一部分的球形背面(42)，上述凹槽形成于外周面。
5.根据权利要求2所述的氢用二级减压电子式调节器，其特征在于，在上述凸缘(35)的至少一端设置阻尼体(43)，以减少和缓冲往复移动行程的速度变动。
6.根据权利要求2所述的氢用二级减压电子式调节器，其特征在于，在上述减压片(34)的上游端还设置以维持紧密的接触状态的方式固定的密封件(45)。
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