高压瓶阀和密封活门的制作方法

1.本技术涉及流体储存技术领域，尤其是涉及一种高压瓶阀和该高压瓶阀的密封活门。


背景技术：

2.目前，国内外最常用且技术发展比较成熟的车用储氢方式为高压气态储氢，而高压储氢气瓶内氢气的安全和有效使用离不开瓶口组合阀(简称“瓶阀”)，其性能的优劣直接关系到燃料电池能否正常工作和供氢系统的安全使用效率。在瓶阀中集成有温度传感器、应急泄放阀、手动截止阀、电磁阀、tprd、过流阀、过滤器等部件，可实现多种功能。其中，电磁阀的性能、功耗和寿命直接影响到是否可以适时的持续稳定的向燃料电池系统提供氢气，保证车辆的正常工作。相关技术中，电磁线圈安装于瓶阀外部，导致瓶阀整体的体积较大，占用的安装空间较大，存在改进的空间。


技术实现要素：

3.本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本技术的一个目的在于提出一种高压瓶阀，该高压瓶阀的电磁线圈以及密封活门均安装于阀本体内，使得高压瓶阀的整体结构尺寸较小，所占用的安装空间较小，功耗更低。
4.根据本技术实施例的高压瓶阀，包括：阀本体，所述阀本体具有沿轴向延伸的活动腔，且所述阀本体的端部设有与所述活动腔连通的第一气口，所述阀本体的周壁设有与所述活动腔连通的第二气口；密封活门，所述密封活门可活动地安装于所述活动腔内且用于将所述第一气口与所述第二气口选择性地连通，且所述密封活门具有将所述第一气口与所述活动腔连通的过流通道，所述密封活门的外周壁与所述活动腔的内周壁密封配合；电磁驱动机构，所述电磁驱动机构安装于所述活动腔内且所述电磁驱动机构位于所述密封活门背离所述第一气口的一端，所述电磁驱动机构的衔铁沿所述活动腔的轴向可移动且用于选择性地封闭所述过流通道。
5.根据本技术实施例的高压瓶阀，通过电磁驱动机构、密封活门和阀本体的配合使用，可使得气瓶能够实现氢气充注、氢气供给以及稳定储氢的功能，保证气瓶合理有效地使用。且本技术中的高压瓶阀的各个电磁驱动机构和密封活门均安装于阀本体内，电磁驱动机构的电磁线圈等部件均位于阀本体内，不需占用阀本体外的安装空间，有效地降低了高压瓶阀的结构尺寸，降低安装难度，同时电磁驱动机构的整体尺寸更小，衔铁驱动所需的功耗更低，利于降低运行成本。
6.根据本技术一些实施例的高压瓶阀，所述密封活门的第一端的端面包括环绕所述过流通道的第一端的第一抵压面和环绕所述第一抵压面的第一间隙面，所述第一抵压面沿轴向凸出于所述第一间隙面，且所述第一抵压面与所述活动腔的内端面相抵，所述第一间隙面与所述活动腔的内端面间隔开；所述密封活门的第二端的端面包括环绕所述过流通道的第二端的第二抵压面和环绕所述第二抵压面的第二间隙面，所述第二抵压面沿轴向凸出
于所述第二间隙面，且所述第二抵压面与所述衔铁的端面相抵以用于封闭所述过流通道的第二端，所述第二间隙面与所述衔铁的端面间隔开。
7.根据本技术一些实施例的高压瓶阀，所述第一抵压面的径向尺寸大于所述第二抵压面的径向尺寸。
8.根据本技术一些实施例的高压瓶阀，所述过流通道包括沿轴向依次相连的第一段和第二段，所述第一段背离所述第二段的一端贯通至所述第一抵压面，所述第二段背离所述第一段的一端贯通至所述第二抵压面。
9.根据本技术一些实施例的高压瓶阀，所述第二段的直径小于所述第一段的直径的一半。
10.根据本技术一些实施例的高压瓶阀，所述第一段与所述第二段的连接处设有过渡段，所述过渡段的直径构造为从与所述第二段相连的一端到与所述第一段相连的一端逐渐增大。
11.根据本技术一些实施例的高压瓶阀，还包括：密封件，所述密封件套设于所述密封活门的外周壁，所述密封件抵压于所述活动腔的内周壁。
12.根据本技术一些实施例的高压瓶阀，所述密封活门的外周壁设有沿周向延伸的密封槽，所述密封件的径向内圈部分安装于所述密封槽内，所述密封件的径向外圈部分位于所述密封槽外且用于抵压所述活动腔的内周壁。
13.根据本技术一些实施例的高压瓶阀，所述电磁驱动机构还包括：
14.第一挡铁和第二挡铁，所述密封活门、所述衔铁、所述第一挡铁和所述第二挡铁沿轴向依次布置；
15.电磁线圈，所述电磁线圈安装于所述活动腔内且套设于所述衔铁、所述第一挡铁外；
16.第一弹性件和第二弹性件，所述第一弹性件弹性连接于所述衔铁和所述第一挡铁之间，所述第二弹性件弹性连接于所述第一挡铁和第二挡铁之间。
17.本技术还提出了一种密封活门。
18.根据本技术实施例的密封活门，所述密封活门为上述任一种实施例所述的高压瓶阀的密封活门。
19.所述密封活门与上述的高压瓶阀相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
20.本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
21.本技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
22.图1是根据本技术实施例的高压瓶阀的结构示意图；
23.图2是根据本技术实施例的高压瓶阀的密封活门的结构示意图；
24.图3是根据本技术实施例的高压瓶阀的密封活门的立体图；
25.图4是根据本技术实施例的高压瓶阀的密封活门的一端的局部放大图；
26.图5是根据本技术实施例的高压瓶阀的密封活门的另一端的局部放大图。
27.附图标记：
28.高压瓶阀100，
29.阀本体1，第一气口11，第二气口12，
30.密封活门2，过流通道21，第一段211，第二段212，过渡段213，第一抵压面221，第一间隙面222，第二抵压面231，第二间隙面232，密封槽24，密封件25，
31.电磁驱动机构3，第一挡铁31，第二挡铁32，衔铁33，电磁线圈34，第一弹性件35，第二弹性件36。
具体实施方式
32.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
33.下面参考图1-图5描述根据本技术实施例的高压瓶阀100，该高压瓶阀100的电磁驱动机构3和密封活门2均集成于阀本体1内，以使阀本体1的整体结构尺寸较小，利于降低电磁驱动机构3的功耗，且减小高压瓶阀100整体的安装空间，适用于更小尺寸的气瓶，使用范围更广，实用性更强。
34.如图1所示，根据本技术实施例的高压瓶阀100，包括：阀本体1、密封活门2和电磁驱动机构3。
35.其中，阀本体1用于安装于气瓶的瓶口处，密封活门2和电磁驱动机构3均安装于阀本体1内与阀本体1配合使用，以共同对瓶口进行选择性地密封，起到高压氢气存储和释放的作用。
36.如图1所示，阀本体1具有沿轴向延伸的活动腔，且阀本体1的端部设有与活动腔连通的第一气口11，阀本体1的周壁设有与活动腔连通的第二气口12。这样，在氢气加注的过程中，第一气口11可作为进气口，第二气口12可作为出气口，第一气口11与第二气口12通过活动腔连通，外部的气源可将高压氢气通过第一气口11充入，以使高压氢气依次通过第一气口11、活动腔、第二气口12进入到高压气瓶内；在进行气瓶内部氢气释放时，第一气口11可作为出气口，第二气口12可作为进气口，第一气口11与第二气口12通过活动腔连通，高压气瓶内的高压氢气可通过第二气口12流向活动腔内，进而使得高压氢气依次通过第二气口12、活动腔、第一气口11释放到下一管路中，实现高压氢气的供给。
37.密封活门2可活动地安装于活动腔内，且用于将第一气口11与第二气口12选择性地连通，也就是说，密封活门2用于对第一气口11与第二气口12之间的连通状态进行控制，如在密封活门2对第二气口12进行封闭时，第一气口11与第二气口12之间无氢气流通，而在密封活门2对第二气口12无封闭作用时，第一气口11与第二气口12之间存在氢气流通，且可根据两个位置处的压力差实现不同流向的气流流动。
38.电磁驱动机构3安装于活动腔内，即电磁驱动机构3的各个部件均安装于阀本体1内，以使电磁驱动机构3的各个部件不会单独占用阀本体1外的空间，从而利于减小高压瓶阀100整体的结构尺寸，降低高压瓶阀100的安装空间，降低气瓶整体的设计难度。
39.如图1所示，密封活门2具有将第一气口11与活动腔连通的过流通道21，密封活门2
的外周壁与活动腔的内周壁配合，且二者在径向上存在微量间隙，以使少量的气体可通过。且电磁驱动机构3位于密封活门2背离第一气口11的一端，电磁驱动机构3的衔铁33沿活动腔的轴向可移动且用于选择性地封闭过流通道21。
40.需要说明的是，在电磁驱动机构3无电流导通时，衔铁33处于与密封活门2相抵的位置，密封活门2与活动腔的端面相抵，以使过流通道21处于封闭的状态，此时，第一气口11和第二气口12通过密封活门2实现断开，即气瓶的内部空间和外部空间处于封闭断开的状态，以使气瓶内具有稳定的气压和储气环境。
41.在需要通过气瓶向外部进行氢气供给时，电磁驱动机构3的电磁线圈34处于电流导通状态，电磁驱动机构3驱动衔铁33朝远离密封活门2的方向运动，以使密封活门2的过流通道21处于两端连通的状态，这样，密封活门2右端间隙中的高压气体通过过流通道21排到瓶阀下游，由于密封活门2外周壁设置的密封件25的限流作用，使得气瓶内的高压气体无法及时补充到密封活门2右端的间隙中，使密封活门2右端间隙中的气压变低；同时，由于第一间隙面222与气瓶连通，为高压气体，使得密封活门2的一端的气压高于另一端的气压，致使密封活门2在两端气压差的作用下朝向远离第一气口11的方向运动，从而使得密封活门2与活动腔的端面间隔开且在二者之间形成过流间隙，此时，第一气口11与第二气口12处于连通状态，使得气瓶内的气流能够通过第二气口12、过流间隙和第一气口11逐渐地朝向外部排放，从而实现对外部设备的氢气供给。
42.由此，本技术中，通过电磁驱动机构3、密封活门2和阀本体1的配合使用，可使得气瓶能够实现氢气充注、氢气供给以及稳定储氢的功能，保证气瓶合理有效地使用。且本技术中的高压瓶阀100的各个电磁驱动机构3和密封活门2均安装于阀本体1内，电磁驱动机构3的电磁线圈34等部件均位于阀本体1内，不需占用阀本体1外的安装空间，有效地降低了高压瓶阀100的结构尺寸，降低安装难度，同时电磁驱动机构3的整体尺寸更小，衔铁33驱动所需的功耗更低，利于降低运行成本。
43.在一些实施例中，如图2、图3和图4所示，密封活门2的第一端的端面包括第一抵压面221和第一间隙面222，第一抵压面221环绕过流通道21的第一端，第一间隙面222环绕第一抵压面221，第一抵压面221沿轴向凸出于第一间隙面222，且第一抵压面221与活动腔的内端面相抵，第一间隙面222与活动腔的内端面间隔开。如图1所示，第二气口12位于密封活门2的左端位置处，且第二气口12的内壁面与活动腔的内端面(如图1左端面)平齐。
44.也就是说，如图1所示，在将密封活门2安装于阀本体1内时，衔铁33的端部与密封活门2相抵，此时，密封活门2的第一抵压面221与活动腔的内端面相抵，且第一间隙面222与活动腔的内端面间隔开以在两者之间形成气流空间，且如图1所示，该气流空间始终通过第二气口12与气瓶内的空间连通，即此处的气流处于高压状态。
45.这样，当衔铁33在电磁线圈34的驱动作用下与密封活门2分开时，密封活门2不受衔铁33的限位作用，且过流通道21的一端处于敞开状态，这样，密封活门2右端间隙中的高压气体通过过流通道21排到瓶阀下游，由于密封活门2外周壁设置的密封件25的限流作用，使得气瓶内的高压气体无法及时补充到密封活门2右端的间隙中，使密封活门2右端间隙中的气压变低；同时，由于第一间隙面222与气瓶连通，为高压气体。由此，可在密封活门2的两端分别形成低压区域和高压区域，从而使得密封活门2在气压差的作用下在活动腔内沿轴向运动，且在密封活门2运动的过程中，第一抵压面221与活动腔的内端面逐渐地分离开且
形成过流间隙，从而使得第一气口11与第二气口12连通，实现气瓶的内部空间和外部空间的连通作用。
46.如图2和图5所示，密封活门2的第二端的端面包括环绕过流通道21的第二端的第二抵压面231和环绕第二抵压面231的第二间隙面232，第二抵压面231沿轴向凸出于第二间隙面232，且第二抵压面231与衔铁33的端面相抵以用于封闭过流通道21的第二端，第二间隙面232与衔铁33的端面间隔开。
47.也就是说，在通过衔铁33对过流通道21的第二端进行封闭时，只需第二抵压面231与衔铁33相抵即可实现，不需密封活门2的整体端面均与衔铁33处于密封状态，降低二者之间的密封难度，降低精度设计要求，同时减小衔铁33与密封活门2之间精密接触产生的吸附力，减小电磁线圈34用于驱动衔铁33运动所需的驱动力，降低电磁线圈34的功耗。
48.在一些实施例中，如图2所示，第一抵压面221的径向尺寸大于第二抵压面231的径向尺寸，即密封活门2与活动腔的内端面的接触面积大于密封活门2与衔铁33之间的接触面积，从而降低衔铁33与密封活门2分离的难度。且将密封活门2与活动腔的内端面之间的接触范围设置为较大，可利于提高第一气口11与第二气口12之间的密封效果，避免在高压瓶阀100晃动时即出现密封活门2与阀本体1相对运动导致的密封失效的问题，提高高压瓶阀100的密封性能，保证气瓶使用的安全性。
49.在一些实施例中，如图2所示，过流通道21包括沿轴向依次相连的第一段211和第二段212，第一段211背离第二段212的一端贯通至第一抵压面221，第二段212背离第一段211的一端贯通至第二抵压面231。其中，可将第一段211的径向尺寸构造为与第二段212的径向尺寸不同，以使氢气在流动的过程中的流通截面可变，从而使得第一段211和第二段212的具体的结构尺寸能够根据过流通道21的两端的设计需求进行灵活地设置，即可将第二段212的流通截面设计为小于第一段211的流通截面。
50.如第二段212的直径小于第一段211的直径的一半。由此，将第二段212的直径设计为很小，且电磁驱动机构3的衔铁33和挡铁之间的间隙很小，可使得电磁线圈34只需很小的电磁力即可将衔铁33移动至与密封活门2分离的状态，从而利于使密封活门2的两端形成压力差，进而通过该压力差实现密封活门2的开启，故而降低电磁线圈34的功耗，降低运行成本。
51.在一些实施例中，第一段211与第二段212的连接处设有过渡段213，过渡段213的直径构造为从与第二段212相连的一端到与第一段211相连的一端逐渐增大。
52.也就是说，通过过渡段213的设计，过渡段213的内周壁能够在第一段211和第二段212之间形成很好的过渡导向的作用，以使第一段211内的气流能够沿着过渡段213的内周壁平顺地流向第二段212，这样，可避免第一段211中的气流直接进入到第二段212中沿径向突变流向导致抑制气流流动的情况，提高氢气流动的效率，保证密封活门2能够顺利地打开，提高结构设计的合理性。
53.在一些实施例中，高压瓶阀100，还包括：密封件25，密封件25套设于密封活门2的外周壁，密封件25抵压于活动腔的内周壁，需要说明的是，密封件25为弹性件能够起到一定的气流阻挡的作用，其中，密封件25的外周壁并非与活动腔的内周壁完全压紧，以在密封件25处仍有少量的气流流通，从而利于弹性件对密封活门2进行推动，如密封件25为具有微量泄漏的阻尼圈。如图1所示，密封件25位于密封活门2的外周壁的靠近右端位置处，可以理解
的是，第二气口12位于密封活门2的左端位置处，这样，密封件25能够在密封活门2的外周壁间隔形成位于密封件25的两端且沿轴向间隔开的两处空间，由此，在过流通道21的右端处于低压状态时，第二气口12以及密封件25左侧的气压处于高压状态，从而可在密封件25的轴向两端形成压力差，从而利于实现密封活门2的开启。在一些实施例中，密封活门2的外周壁设有沿周向延伸的密封槽24，密封件25的径向内圈部分安装于密封槽24内，密封件25的径向外圈部分位于密封槽24外且用于抵压活动腔的内周壁。
54.如图3所示，密封槽24为在密封活门2的外周壁沿径向向内凹陷形成，这样，在将密封件25安装于密封槽24后，密封槽24的两个内壁面能够对密封件25起到轴向限位的作用，保证密封件25在轴向上的位置固定，避免密封件25发生窜动导致密封活门2两端压差不稳出现密封活门2无法有效打开的情况，保证密封活门2能够准确、有效地打开。
55.在一些实施例中，电磁驱动机构3还包括：第一挡铁31、第二挡铁32、电磁线圈34、第一弹性件35和第二弹性件36，密封活门2、衔铁33、第一挡铁31和第二挡铁32沿轴向依次布置，电磁线圈34安装于活动腔内且套设于衔铁33、第一挡铁31外，第一弹性件35弹性连接于衔铁33和第一挡铁31之间，第二弹性件36弹性连接于第一挡铁31和第二挡铁32之间。
56.下面参考附图1描述本技术实施例的高压瓶阀100在不同适用工况下的工作状态。
57.1)氢气加注过程：高压氢气从高压瓶阀100的第一气口11进入，对密封活门2产生向右的压力，依次推动衔铁33和第一挡铁31，使第一弹簧和第二弹簧压缩，使密封活门2、衔铁33和第一挡铁31压紧第二挡铁32，此时，在密封活门2和阀本体1之间形成一个通路，高压氢气按照图1中箭头方向充入气瓶中。
58.2)车辆未运行时：当电磁驱动机构3未通电时，密封活门2在第一弹簧和第二弹簧的弹簧力作用下，其第一抵压面221与阀本体1相互挤压，实现氢气的主密封；同时，衔铁33在第一弹簧的弹簧力作用下，其左端面挤压密封活门2的第二抵压面231，实现氢气的第一气口11密封。此时，在密封活门2与阀本体1之间、密封活门2与衔铁33之间、衔铁33与第一挡铁31之间、第一挡铁31与第二挡铁32之间的间隙中均为高压氢气(气瓶内压力)。
59.3)氢气供给过程：当电磁线圈34通电后，电磁线圈34产生磁场，衔铁33在向右的电磁力作用下，克服第一弹簧的弹力向右移动，且与第一挡铁31贴合，此时密封活门2的第二抵压面231与衔铁33脱离，导致间隙中的高压氢气瞬间由密封活门2的通孔流出瓶阀，导致密封件25右端的氢气压力急速下降；由于密封件25只允许少量流速的氢气流通，故气瓶内的高压氢气无法快速补充由密封活门2第一气口11流出的氢气，故使密封件25右端的氢气压力远远小于气瓶内的压力；对密封活门2进行分析，密封活门2的左端区域为均为气瓶高压氢气，密封活门2的右端区域均为瓶阀下游管路中的低压氢气，使密封活门2受到向右的高压压力，并克服第二弹簧的弹力迅速向右移动，使第一挡铁31紧压第二挡铁32，此时，密封活门2与阀本体1的间隙最大，电磁阀完全开启。此外，由于密封活门2的第二段212的直径很小且衔铁33与第一挡铁31之间的间隙很小，故只需很小的电磁力便可将衔铁33移动到与第一挡铁31接触，从而使密封活门2两端形成压差，通过此压差来打开密封活门2的主密封，故此方案中的电磁线圈34功耗很低。
60.本技术还提出了一种密封活门2。
61.根据本技术实施例的密封活门2，密封活门2为上述任一种实施例中的高压瓶阀100的密封活门2，通过该密封活门2与电磁驱动机构3配合使用，可实现气瓶内氢气的有效
控制，利于实现不同工况下的控制需求，且能够实现内置式电磁线圈34的结构设计，利于减小高压瓶阀100的整体体积，降低设置成本。
62.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
63.在本技术的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。
64.在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。
65.在本技术的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。
66.在本技术的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。
67.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
68.尽管已经示出和描述了本技术的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本技术的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本技术的范围由权利要求及其等同物限定。