CN114877109B - 一种高效降压控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效降压控制装置，包括阀体，阀体内部设有上腔与下腔，阀体中设有进气通道与出气通道，进气通道连通阀体进气口及下腔，出气通道的进口端向上贯通至上腔与下腔形成的台阶面、出口端连通阀体出气口；在下腔中固定有阀座，在阀座中环形凸肩及环形缓流槽，在阀座顶部装有盖板，阀座阀腔中穿设有阀杆，在阀杆上设有堵头，堵头与盖板之间留有连通环形缓流槽与中心孔的节流间隙；阀杆上端伸入上腔并抵着压板，压板将上腔分隔成上安装腔与下节流腔，在压板底部设有节流杆，节流杆与出气通道的进口端之间留有节流间隙，压板与弹性机构相连接，弹性机构能通过压板使阀杆始终具有使堵头密封接触环形凸肩的趋势。本发明有降压效果好的优点。

Description

一种高效降压控制装置

技术领域

本发明涉及储氢技术领域，具体涉及高压储氢瓶上的高效降压控制装置。

背景技术

高压储氢瓶是氢燃料电池汽车重要的储能部件，其安全性能已成为氢燃料电池汽车被公众广泛接受和市场化推广的关键。高压储氢瓶的正常充/供氢气离不开瓶口组合阀。由于高压储氢瓶内的氢气压力高，通常乘用车配备的储氢瓶标准公称压力为70MPa，货车和客车配备的储氢瓶标准公称压力为35 MPa，而氢燃料电池系统的正常工作压力通常小于1MPa，所以高压储氢瓶中的高压氢气需要经过瓶口组合阀的降压控制装置降压稳压处理后才能提供给燃料电池。传统的降压控制装置为降压阀，由于传统单个降压阀的节流降压效果有限，导致瓶口组合阀中需要配备多个降压阀才能将氢气压力降压到燃料电池的工作压力，不仅造成瓶口组合阀整体结构占用空间大，而且也大大增加了企业的生产及使用成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种降压效果好且结构紧凑的高效降压控制装置。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种高效降压控制装置，包括阀体，在阀体的内部设置有相连通的上腔与下腔，上腔的口径大于下腔的口径，在阀体中设置有进气通道与出气通道，进气通道的进口端贯通至阀体的下部外侧壁而形成阀体进气口、进气通道的出口端连通下腔，出气通道的进口端向上贯通至上腔与下腔之间形成的台阶面、出气通道的出口端向下贯通至阀体底面而形成阀体出气口；在下腔中固定有阀座，在阀座中设置有上下贯通阀座的阀腔，在阀腔的下部内侧壁上设置有一圈凸出于阀腔内侧壁的环形凸肩，在阀腔的中部内侧壁上设置有一圈凹进于阀腔内侧壁的环形缓流槽，在阀座的顶部安装有盖板，在盖板上设置有连通阀腔及上腔的中心孔，在阀座的阀腔中穿设有阀杆，在阀杆上设置有位于阀腔内且能与环形凸肩相接触密封的堵头，堵头与盖板之间留有连通环形缓流槽与中心孔的节流间隙；所述阀杆的上端经中心孔向上伸入上腔并向上抵着压板，压板活动设置于上腔中且与上腔的内侧壁相接触密封，压板将上腔分隔成上下分布的上安装腔与下节流腔，在压板的底部设置有向下凸出于压板底面且向下正对着出气通道进口端的节流杆，节流杆与出气通道的进口端之间留有节流间隙，所述压板与弹性机构相连接，弹性机构能通过压板使阀杆始终具有向下移动至堵头密封接触环形凸肩而截断阀体进气口与阀体出气口的趋势；所述阀杆在通入进气通道的高压介质作用下克服弹性机构的弹力而带动堵头向上移动离开环形凸肩并向上移动靠近盖板时，堵头与环形凸肩之间间隙则形成第一节流通道、且堵头与盖板之间的节流间隙则形成第二节流通道，并且阀杆上移时会带动压板及节流杆上移，使节流杆与出气通道的进口端之间的节流间隙形成第三节流通道。

进一步地，前述的一种高效降压控制装置，其中：在出气通道的出口端设置有能降低从出气通道所输出气体引起的气动噪声、并能对输出气体进一步降压的减压降噪机构。

进一步地，前述的一种高效降压控制装置，其中：减压降噪机构的结构包括：设置于出气通道出口端的节流降噪罩，其中，所述节流降噪罩的结构为：包括内部中空、底部开口且顶部封闭的罩体，罩体的口径小于出气通道的出口端口径，在罩体的敞口端设置有一圈向外凸出且口径大于出气通道的翻边，在罩体的外圆周壁上沿周向均匀设置有若干径向射孔；所述罩体的封闭端朝上从阀体出气口插入出气通道、并且罩体敞口端的翻边与阀体出气口边沿密封接触，使罩体外壁、出气通道内壁及翻边共同围成与出气通道相连通的环形腔室，环形腔室通过节流降噪罩上的径向射孔与节流降噪罩的罩体内腔相连通。

进一步地，前述的一种高效降压控制装置，其中：弹性机构的结构包括：在阀体的顶部设置有连通上安装腔的螺纹孔，在阀体的侧壁上设置有连通上安装腔的排气孔，在阀体的螺纹孔中螺纹连接有调节螺杆，调节螺杆的上端向上伸出阀体，调节螺杆的下端伸入阀体的上安装腔并固定有推板，在推板与压板之间设置有上弹簧，上弹簧的上下两端分别抵着推板及压板。

进一步地，前述的一种高效降压控制装置，其中：在阀座下方的下腔内固定有撑板，在撑板上设置有供阀杆下端穿过的通孔，所述阀杆的下端经通孔穿设于撑板中，在撑板与堵头之间的阀杆上套有下弹簧，下弹簧的上下两端分别抵着堵头及撑板。

进一步地，前述的一种高效降压控制装置，其中：压板与上腔的内侧壁相密封接触的具体结构包括：在压板的外周面上设置有一圈密封槽，在密封槽内嵌装有用以密封压板与上腔内侧壁之间间隙的密封圈。

通过上述技术方案的实施，本发明的有益效果是：

（1）结构紧凑，体积小，本降压控制装置在工作时能形成四个依次对高压氢气进行逐级降压稳压的节流降压通道，使得一个降压控制装置就可实现对高压氢气的多级降压稳压，即：采用一个降压控制装置就可以达到传统多个降压阀对高压氢气的降压效果，进而降低了企业生产与使用成本；

（2）根据氢气在室温下节流温升的特性，氢气在经过降压控制装置内的四个节流降压通道后其氢气温升效果更好，所降压后排出的氢气温度更靠近燃料电池的最佳工作温度（60~80℃），进而更有利于提高燃料电池效率；

（3）通过在降压控制装置的出气通道的出口端设置节流降噪罩，不仅能对氢气进一步降压，而且氢气经各径向射孔分流后速度明显降低，并会在节流降噪罩内形成对冲，从而消耗了气体能量，进而降低了气动噪声，减弱了氢气流动对系统的振动影响。

附图说明

图1为本发明所述的一种高效降压控制装置的结构示意图。

图2为图1中所示的A-A剖面的结构示意图。

图3为图2中所示的H部位的放大示意图。

图4为图2中所示的F部位的放大示意图。

图5为节流降噪罩的结构示意图。

图6为阀座的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，所述的一种高效降压控制装置，包括阀体1，在阀体1的内部设置有相连通的上腔与下腔2，上腔的口径大于下腔2的口径，在阀体1中设置有进气通道3与出气通道4，进气通道3的进口端贯通至阀体1的下部外侧壁而形成阀体进气口11、进气通道3的出口端连通下腔2，出气通道4的进口端向上贯通至上腔与下腔之间形成的台阶面12、出气通道4的出口端向下贯通至阀体1底面而形成阀体出气口13；在下腔2中固定有阀座5，在阀座5中设置有上下贯通阀座5的阀腔51，在阀腔51的下部内侧壁上设置有一圈凸出于阀腔内侧壁的环形凸肩52，在阀腔51的中部内侧壁上设置有一圈凹进于阀腔内侧壁的环形缓流槽53，在阀座5的顶部安装有盖板6，在盖板6上设置有连通阀腔51及上腔的中心孔61，在阀座5的阀腔51中穿设有阀杆7，在阀杆7上设置有位于阀腔51内且能与环形凸肩52相接触密封的堵头71，堵头71与盖板6之间留有连通环形缓流槽53与中心孔61的节流间隙；所述阀杆7的上端经中心孔61向上伸入上腔并向上抵着压板8，压板8活动设置于上腔中且与上腔的内侧壁相接触密封，压板8将上腔分隔成上下分布的上安装腔91与下节流腔92，在压板8的底部设置有向下凸出于压板底面且向下正对着出气通道4进口端的节流杆10，节流杆10与出气通道4的进口端之间留有节流间隙，所述压板8与弹性机构相连接，弹性机构能通过压板8使阀杆7始终具有向下移动至堵头71密封接触环形凸肩52而截断阀体进气口11与阀体出气口13的趋势；所述阀杆7在通入进气通道3的高压介质作用下克服弹性机构的弹力而带动堵头71向上移动离开环形凸肩52并向上移动靠近盖板6时，堵头71与环形凸肩52之间间隙则形成第一节流通道20、且堵头71与盖板6之间的节流间隙则形成第二节流通道21，并且阀杆7上移时会带动压板8及节流杆10上移，使节流杆10与出气通道4的进口端之间的节流间隙形成第三节流通道22；

在出气通道4的出口端设置有能降低从出气通道4所输出气体引起的气动噪声、并能对输出气体进一步降压的减压降噪机构；在本实施例中，减压降噪机构的结构包括：设置于出气通道出口端的节流降噪罩23，其中，所述节流降噪罩23的结构为：包括内部中空、底部开口且顶部封闭的罩体231，罩体231的口径小于出气通道4的出口端口径，在罩体231的敞口端设置有一圈向外凸出且口径大于出气通道4的翻边232，在罩体231的外圆周壁上沿周向均匀设置有若干径向射孔233；所述罩体231的封闭端朝上从阀体出气口13插入出气通道4、并且罩体敞口端的翻边232与阀体出气口13边沿密封接触，使罩体外壁、出气通道内壁及翻边232共同围成与出气通道4相连通的环形腔室24，环形腔室24通过节流降噪罩23上的径向射孔233与节流降噪罩23的罩体内腔234相连通，在上述减压降噪机构中，节流降噪罩23上的径向射孔233即为第四节流通道，经过第一节流通道20、第二节流通道21及第三节流通道22节流降压后的氢气进入出气通道4后，会经出气通道4的出口端进入环形腔室24，再经节流降噪罩23上的径向射孔233射入节流降噪罩23的内腔234，在氢气从环形腔室24经节流降噪罩23上的径向射孔233射入罩体内腔234的过程中，即完成了对氢气的第四次降压；并且一方面，氢气经各径向射孔233分流后速度明显降低，另一方面，从各径向射孔233射入罩体内腔234的氢气会在罩体内腔234中形成对冲，从而消耗了气体能量，进而降低了气动噪声，减弱了氢气流动对系统的振动影响；上述减压降噪机构结构简单，安装方便；

在本实施例中，弹性机构的结构包括：在阀体1的顶部设置有连通上安装腔91的螺纹孔，在阀体1的侧壁上设置有连通上安装腔91的排气孔14，在阀体1的螺纹孔中螺纹连接有调节螺杆27，调节螺杆27的上端向上伸出阀体1，调节螺杆27的下端伸入阀体1的上安装腔91并固定有推板25，在推板25与压板8之间设置有上弹簧26，上弹簧26的上下两端分别抵着推板25及压板8；在实际使用时，可以通过转动调节螺杆27带动推板25向上或向下移动，从而调节推板25对上弹簧26的向下弹力，进而对上弹簧26施加于压板8及阀杆7上的向下弹力进行调节，上述弹性机构结构简单且安装维修方便；

在本实施例中，在阀座5下方的下腔2内固定有撑板28，在撑板28上设置有供阀杆7下端穿过的通孔，所述阀杆7的下端经通孔穿设于撑板28中，在撑板28与堵头71之间的阀杆7上套有下弹簧29，下弹簧29的上下两端分别抵着堵头71及撑板28，下弹簧29对阀杆7施加向上的弹力，减弱阀杆7上的堵头71在与阀座5的环形凸肩52相接触的过程中对环形凸肩52的撞击力，有效保护了阀杆及阀座，延长了设备的使用寿命；

在本实施例中，压板8与上腔的内侧壁相密封接触的具体结构包括：在压板8的外周面上设置有一圈密封槽，在密封槽内嵌装有用以密封压板8与上腔内侧壁之间间隙的密封圈30，上述密封结构简单、造价相对低廉且安装维修方便；

本发明的工作原理如下：

高压氢气经阀体进气口11进入进气通道3，再经进气通道3进入下腔2，随着下腔2内高压氢气的不断增多，阀杆7会在下腔2内高压氢气的高压作用下克服上弹簧26的弹力而带动堵头71向上移动离开环形凸肩52并向上移动靠近盖板6，此时堵头71与环形凸肩52之间间隙会形成连通下腔2与环形缓流槽53的第一节流通道20、同时堵头71与盖板6之间的节流间隙会形成连通环形缓流槽53与中心孔61的第二节流通道21，并且阀杆7上移时会带动压板8及节流杆10一起上移，节流杆10上移时会与出气通道4的进口端之间形成连通下节流腔92与出气通道4的第三节流通道22；

即：当阀杆7被下腔2中的高压氢气作用而带动堵头71离开环形凸肩52时，下腔2中的高压氢气先经第一节流通道20进入环形缓流槽53，由于第一节流通道20的过流面积远小于下腔2及环形缓流槽53的过流面积，使得当高压氢气经过第一节流通道20进入环形缓流槽53后会完成第一次降压；

进入阀座5的环形缓流槽53的氢气再经第二节流通道21及中心孔61进入下节流腔92，由于第二节流通道21的过流面积远小于环形缓流槽53及下节流腔92的过流面积，使得环形缓流槽53内完成一次降压后的高压氢气经过第二节流通道21进入下节流腔92后会完成第二次降压；

进入下节流腔92的氢气再经第三节流通道22进入出气通道4，由于第三节流通道22的过流面积远小于下节流腔92及出气通道4的过流面积，使得下节流腔92内完成第二次降压的氢气经过第三节流通道22进入出气通道4后会完成第三次降压；

进入出气通道4的氢气再进入环形腔室24，再从节流降噪罩23的各径向射孔233射入节流降噪罩23的内腔234，由于径向射孔233（即第四节流通道）的过流面积远小于环形腔室24及节流降噪罩内腔234的过流面积，使得环形腔室24内完成第三次降压的氢气经过各径向射孔233进入节流降噪罩内腔234后会完成第四次降压；并且由于氢气经各径向射孔233分流后速度明显降低，同时从各径向射孔233射入罩体内腔234的氢气会在罩体内腔234中形成对冲，从而消耗了气体能量，降低了气动噪声，减弱了氢气流动对系统的振动影响；经节流降噪罩23降压消声后的氢气再从其敞口端排出至后道工序。

本发明的优点是：

（1）结构紧凑，体积小，本降压控制装置在工作时能形成四个依次对高压氢气进行逐级降压稳压的节流降压通道，使得一个降压控制装置就可实现对高压氢气的多级降压稳压，即：采用一个降压控制装置就可以达到传统多个降压阀对高压氢气的降压效果，进而降低了企业生产与使用成本；

（2）根据氢气在室温下节流温升的特性，氢气在经过降压控制装置内的四个节流降压通道后其氢气温升效果更好，所降压后排出的氢气温度更靠近燃料电池的最佳工作温度（60~80℃），进而更有利于提高燃料电池效率；

（3）通过在降压控制装置的出气通道的出口端设置节流降噪罩，不仅能对氢气进一步降压，而且氢气经各径向射孔分流后速度明显降低，并会在节流降噪罩内形成对冲，从而消耗了气体能量，进而降低了气动噪声，减弱了氢气流动对系统的振动影响。

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。

Claims (6)

1.一种高效降压控制装置，其特征在于：包括阀体，在阀体的内部设置有相连通的上腔与下腔，上腔的口径大于下腔的口径，在阀体中设置有进气通道与出气通道，进气通道的进口端贯通至阀体的下部外侧壁而形成阀体进气口、进气通道的出口端连通下腔，出气通道的进口端向上贯通至上腔与下腔之间形成的台阶面、出气通道的出口端向下贯通至阀体底面而形成阀体出气口；在下腔中固定有阀座，在阀座中设置有上下贯通阀座的阀腔，在阀腔的下部内侧壁上设置有一圈凸出于阀腔内侧壁的环形凸肩，在阀腔的中部内侧壁上设置有一圈凹进于阀腔内侧壁的环形缓流槽，在阀座的顶部安装有盖板，在盖板上设置有连通阀腔及上腔的中心孔，在阀座的阀腔中穿设有阀杆，在阀杆上设置有位于阀腔内且能与环形凸肩相接触密封的堵头，堵头与盖板之间留有连通环形缓流槽与中心孔的节流间隙；所述阀杆的上端经中心孔向上伸入上腔并向上抵着压板，压板活动设置于上腔中且与上腔的内侧壁相接触密封，压板将上腔分隔成上下分布的上安装腔与下节流腔，在压板的底部设置有向下凸出于压板底面且向下正对着出气通道进口端的节流杆，节流杆与出气通道的进口端之间留有节流间隙，所述压板与弹性机构相连接，弹性机构能通过压板使阀杆始终具有向下移动至堵头密封接触环形凸肩而截断阀体进气口与阀体出气口的趋势；所述阀杆在通入进气通道的高压介质作用下克服弹性机构的弹力而带动堵头向上移动离开环形凸肩并向上移动靠近盖板时，堵头与环形凸肩之间间隙则形成第一节流通道、且堵头与盖板之间的节流间隙则形成第二节流通道，并且阀杆上移时会带动压板及节流杆上移，使节流杆与出气通道的进口端之间的节流间隙形成第三节流通道。

2.根据权利要求1所述的一种高效降压控制装置，其特征在于：在出气通道的出口端设置有能降低从出气通道所输出气体引起的气动噪声、并能对输出气体进一步降压的减压降噪机构。

3.根据权利要求2所述的一种高效降压控制装置，其特征在于：减压降噪机构的结构包括：设置于出气通道出口端的节流降噪罩，其中，所述节流降噪罩的结构为：包括内部中空、底部开口且顶部封闭的罩体，罩体的口径小于出气通道的出口端口径，在罩体的敞口端设置有一圈向外凸出且口径大于出气通道的翻边，在罩体的外圆周壁上沿周向均匀设置有若干径向射孔；所述罩体的封闭端朝上从阀体出气口插入出气通道、并且罩体敞口端的翻边与阀体出气口边沿密封接触，使罩体外壁、出气通道内壁及翻边共同围成与出气通道相连通的环形腔室，环形腔室通过节流降噪罩上的径向射孔与节流降噪罩的罩体内腔相连通。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种高效降压控制装置，其特征在于：弹性机构的结构包括：在阀体的顶部设置有连通上安装腔的螺纹孔，在阀体的侧壁上设置有连通上安装腔的排气孔，在阀体的螺纹孔中螺纹连接有调节螺杆，调节螺杆的上端向上伸出阀体，调节螺杆的下端伸入阀体的上安装腔并固定有推板，在推板与压板之间设置有上弹簧，上弹簧的上下两端分别抵着推板及压板。

5.根据权利要求1所述的一种高效降压控制装置，其特征在于：在阀座下方的下腔内固定有撑板，在撑板上设置有供阀杆下端穿过的通孔，所述阀杆的下端经通孔穿设于撑板中，在撑板与堵头之间的阀杆上套有下弹簧，下弹簧的上下两端分别抵着堵头及撑板。

6.根据权利要求1所述的一种高效降压控制装置，其特征在于：压板与上腔的内侧壁相密封接触的具体结构包括：在压板的外周面上设置有一圈密封槽，在密封槽内嵌装有用以密封压板与上腔内侧壁之间间隙的密封圈。