CN110360378B - 带储热装置的高压气瓶瓶口阀及气瓶充放气温度控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带储热装置的高压气瓶瓶口阀及气瓶充放气温度控制方法。该瓶口阀中阀体设置有用于气体流通的竖直放气口和水平充气口,阀体还包括控制口和控制通道,放气口和充气口经控制通道连接构成气体通路;阀杆经控制口穿过控制通道,阀杆顶部与操作手柄连接,控制口处阀杆与阀体之间采用密封填料进行密封,填料压盖用于压紧密封填料;阀杆中部周围与阀体构成螺纹连接;阀杆末端与放气口处的阀芯进行连接;储热装置装配于充气口入口处,储热装置中填充两种相变介质,分别实现蓄热和放热功能。本发明将相变储热装置引入气瓶瓶口阀中,可有效防止气瓶充、放气时气体温度的过高或过低,在保证气瓶使用安全的同时,可有效减少气瓶充气时的耗能。
Description
技术领域
本发明涉及气瓶阀门技术领域,尤其涉及一种带储热装置的高压气瓶瓶口阀及气瓶充放气温度控制方法。
背景技术
在使用高压充气装置对高压气瓶进行增压充气的过程中,会产生大量的热量,这些热量既包括增压充气装置工作时产生的热量,也包括压缩气体通过管路节流产生的热量,这些热量引起充装介质温度的升高,既不利于高压气瓶的安全使用,也要需要一定的冷却时间才能投入使用,同时由于气体温度升高,压缩充装气瓶需要耗费更多的能量,因此需要控制高压气瓶充气时的温升;同时气瓶在工作状态下快速放气时,也会引起气体温度的降低,过低的温度也不利于气瓶工作介质的直接使用。
以高压气瓶充气为例,氢的转化温度远低于环境温度,常温下氢的等焓膨胀焦汤系数为负,节流后温度发生显著上升,因此其充放气过程会引起明显的温度变化,快速充气时,温度可达100℃以上,而快速放气时,温度可降至0℃以下。过高的温度不利于高压氢气瓶的安全使用,同时充气温升使气体密度减小,放气温降使气体密度增大现象,也会使气瓶的实际充氢量减少,降低气瓶的工作效率。
针对气瓶充气过程中温升现象,在公布号为CN 109307151A的中国专利申请文件中,公开了一种高压气瓶充装气体冷却装置,采用壳体以及翅片螺旋管组成的换热装置,可对经增压充气装置后的高温气体进行降温处理,使得充装后的气瓶能够立即投入使用;在公布号为CN 106895253A的中国专利申请文件中,公开了一种带有超导散热装置的纤维增强复合材料高压气瓶,通过伸入高压气瓶的超导热管将气体介质中热量导出到气瓶外。总体上,以上两种方案都需要比较复杂结构装置或者需要对气瓶进行结构上的改造,同时对于热量的处理都是简单排放,并不节能高效。因此需要提出更加操作简单、切实可行和节能高效的方案,来解决上述问题。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供了一种带蓄热装置的高压气瓶瓶口阀,该瓶口阀在实现气瓶正常充放气功能的同时,可有效防止气瓶充、放气时气体温度的过高或过低,在保证气瓶使用安全的同时,可有效减少气瓶充气时的耗能。
本发明具体采用的技术方案是:
一种带储热装置的高压气瓶瓶口阀,其包括阀体、阀芯、放气口、阀杆、控制通道、密封填料、填料压盖、驱动手柄、充气口和储热装置;
所述的阀体竖直方向从上到下依次设有放气口、控制通道和控制口,阀体水平设有充气口,放气口和充气口经控制通道连接构成气体通路;所述阀杆经控制口穿过控制通道后伸入放气口中,阀杆顶部与操作手柄连接,控制口处的阀杆与阀体之间采用密封填料进行密封;填料压盖装配于阀体控制口处,用于压紧密封填料;阀杆中部周围与阀体通过阀杆螺纹进行配合,构成控制阀杆上下移动的螺旋副;阀杆底端固定有阀芯;所述的储热装置装配于充气口入口处,储热装置分为内外两层,两层之间夹持形成一条进气通道,内外两层分别充装不同的相变储热介质,其中外层储热介质熔点高于室温,在室温下呈固态;内层储热介质凝固点低于室温,在室温下呈液态;所述阀芯在驱动手柄带动阀杆旋转时,能够竖向上下移动,对控制通道与放气口间的连通口进行开闭控制。
优选的,所述充气口与放气口呈90°直角分布,所述放气口与控制通道回转中心在同一条直线上。
优选的,所述阀体中的控制通道上端设有内螺纹,与阀杆中部的阀杆螺纹形成螺纹配合,所述阀杆中部阀杆螺纹处的阀杆直径略大于阀杆其他位置的直径。
优选的,所述填料压盖中心开有圆孔,圆孔直径略大于阀杆直径,阀杆穿过填料压盖中心的圆孔后与驱动手柄固定。
优选的,所述填料压盖与阀体上端通过紧固螺母和螺栓固定安装。
优选的,所述控制通道与放气口之间的通道直径略大于阀杆直径。
优选的,所述阀芯呈半球形,控制通道与放气口间的连通口底部呈锥形,阀门关闭时,阀芯顶部的球面与连通口的锥形斜面接触密合。
优选的,所述储热装置中,内层为圆柱体,外层为同轴嵌套于内层外部的中空圆柱体,两者之间留有环形的进气通道。
优选的,所述的充气口、放气口处的阀体外部分别设有充气口螺纹、放气口螺纹,分别用于与管路、气瓶的连接。
本发明的另一目的在于提供一种利用上述任一方案所述的瓶口阀的气瓶充放气温度控制方法,其具体为:将所述高压气瓶瓶口阀安装于待控制的气瓶瓶口上;气瓶充气时,阀门充气口温度升高,温度高于外层储热介质的熔点温度时,外层储热介质融化吸热,对阀门进口气体进行降温;气瓶放气时,阀门充气口温度降低,温度低于内层储热介质的凝固点温度时,内层储热介质凝固放热,提高气体温度,防止出口气体温度过低。
本发明的有益效果是:
本发明将相变储热装置引入气瓶瓶口阀中,在实现气瓶正常充放气功能的同时,可有效防止气瓶充、放气时气体温度的过高或过低,在保证气瓶使用安全的同时,可有效减少气瓶充气时的耗能;本发明结构简单紧凑、采用反向密封式设计,可有效减少气体的泄漏。
附图说明
图1为本发明所涉及的瓶口阀的半剖视图;
图中:1、放气口;2、阀芯;3、控制通道;4、阀杆;5、密封填料;6、填料压盖;7、螺母;8、手柄;9、紧固螺栓;10、阀体;11、阀杆螺纹;12、充气口螺纹;13、充气口;14、储热装置;15、放气口螺纹。
图2为本发明所涉及的储热装置的半剖视图;
图中:16、外层储热介质;17、支架;18、内层储热介质。
具体实施方式
以下结合附图和具体实例对本发明作进一步详细描述。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
如附图1所示,在本实施例中,一种带储热装置的高压气瓶瓶口阀包括阀体10、阀芯2、放气口1、阀杆4、控制通道3、密封填料5、填料压盖6、驱动手柄8、充气口13和储热装置14;
其中,阀体10采用一体式设计。阀体10竖直方向从上到下依次设有放气口1、控制通道3和控制口,控制口敞口设置于阀体10的顶部,用于安装阀杆以及相应的密封组件;阀体水平设有充气口13,充气口13与放气口1呈90°直角分布,而放气口1的中心线与控制通道3回转中心在同一条直线上,放气口1和充气口13经控制通道3连接构成气体通路。
阀杆4经控制口穿过控制通道3后伸入放气口1中,阀杆4顶部与圆盘形的操作手柄8连接。控制口处的阀杆4与阀体10之间采用密封填料5进行密封,以防止气体从控制口处逸出,填料压盖6用于压紧密封填料5,其装配于阀体控制口处,底部压于密封填料5顶面;填料压盖6中心开有圆孔,圆孔直径略大于阀杆4直径,阀杆4从控制口穿过填料压盖6中心的圆孔后与操作手柄8底部固定,填料压盖6与阀体10上端通过紧固螺母7和螺栓9可拆卸式固定安装。
阀杆4中部位置周向外攻阀杆螺纹11,阀体10中的控制通道3上端设有内螺纹,与阀杆4中部的阀杆螺纹11形成配合,构成控制阀杆4上下移动的螺旋副。阀杆4中部阀杆螺纹11处的阀杆直径略大于阀杆4其他位置的直径;控制通道3与放气口1之间的通道直径略大于阀杆4的直径。阀杆4底部位于放气口1中的末端固定有阀芯2,阀芯2呈半球形,控制通道3与放气口1间的连通口底部呈锥形;,阀芯2在驱动手柄8带动阀杆4的驱动下,能够沿竖直方向上下移动,对控制通道3与放气口1间的连通口进行开闭控制。当阀门关闭时,需要使阀芯2顶部的球面与连通口的锥形斜面接触密合,使连通口关闭,气体无法从放气口排出;而当阀门打开时,需要使阀芯2顶部的球面与连通口的锥形斜面脱离,由此打开连通口。
阀门充气口13、放气口1处的阀体10上设有充气口螺纹12和放气口螺纹15用于与管路、气瓶的连接。
储热装置14装配于充气口13入口处,储热装置14分为内外两层,本实施例中,储热装置14中,内层为圆柱体,外层为同轴嵌套于内层外部的中空圆柱体,两者之间夹持形成环形的进气通道,充气口13入口进入的气体通过该进气通道后,经由控制通道3从放气口1排出。为了对进气和出气的温度进行控制,内外两层分别充装不同的相变储热介质,其中外层储热介质16熔点高于室温,在室温下呈固态;内层储热介质18凝固点低于室温,在室温下呈液态。内层储热介质18腔体通过固定在外层储热介质16腔体内壁的支架17支撑于外层储热介质16腔体的中央。两种介质具体材料不限,可以采用任何能够实现相应功能的材料,例如外层储热介质16可以采用芒硝、石蜡P-116、硫酸钠水合盐、氯化钙六水盐、磷酸二氢钠十二水盐等,内层储热介质18可以采用石蜡RT5、油酸、亚油酸、亚麻酸等。
基于上述高压气瓶瓶口阀的气瓶充放气温度控制方法,其具体如下:高压气瓶瓶口阀安装于待控制的气瓶瓶口上;
当充气设备连接充气口13对气瓶进行充气时,阀门充气口13温度升高,温度高于储热装置14的外层储热介质16熔点温度时,外层储热介质16融化吸热,对阀门进口气体进行降温;
当所述瓶口阀打开,气瓶放气时,压缩气体通过瓶口阀后,膨胀吸热降温,阀门充气口13温度降低,当温度低于储热装置14的内层储热介质18的凝固点温度时,内层储热介质18凝固放热,提高气体温度,防止出口气体温度过低。
另外,可根据气瓶气量调整储热装置的轴向长度,以实现较好的温控效果。
因此,本发明将相变储热装置引入气瓶瓶口阀中,在实现气瓶正常充放气功能的同时,可有效防止气瓶充、放气时气体温度的过高或过低,在保证气瓶使用安全的同时,可有效减少气瓶充气时的耗能。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案,然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案,均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种带储热装置的高压气瓶瓶口阀,其特征在于:包括阀体、阀芯(2)、放气口(1)、阀杆(4)、控制通道(3)、密封填料(5)、填料压盖(6)、驱动手柄(8)、充气口和储热装置;
所述的阀体竖直方向从下到上依次设有放气口(1)、控制通道(3)和控制口,阀体水平设有充气口,放气口(1)和充气口经控制通道(3)连接构成气体通路;所述阀杆(4)经控制口穿过控制通道(3)后伸入放气口(1)中,阀杆(4)顶部与驱动手柄(8)连接,控制口处的阀杆(4)与阀体之间采用密封填料(5)进行密封;填料压盖(6)装配于阀体控制口处,用于压紧密封填料(5);阀杆(4)中部周围与阀体通过阀杆螺纹(11)进行配合,构成控制阀杆(4)上下移动的螺旋副;阀杆(4)底端固定有阀芯(2);所述的储热装置装配于充气口入口处,储热装置分为内外两层,两层之间夹持形成一条进气通道,内外两层分别充装不同的相变储热介质,其中外层储热介质熔点高于室温,在室温下呈固态;内层储热介质凝固点低于室温,在室温下呈液态;所述阀芯(2)在驱动手柄(8)带动阀杆(4)旋转时,能够竖向上下移动,对控制通道(3)与放气口(1)间的连通口进行开闭控制。
2.根据权利要求1所述的一种带储热装置的高压气瓶瓶口阀,其特征在于:所述充气口与放气口(1)呈90°直角分布,所述放气口(1)与控制通道(3)回转中心在同一条直线上。
3.根据权利要求1所述的一种带储热装置的高压气瓶瓶口阀,其特征在于:所述阀体中的控制通道(3)上端设有内螺纹,与阀杆(4)中部的阀杆螺纹(11)形成螺纹配合,所述阀杆(4)中部阀杆螺纹(11)处的阀杆直径略大于阀杆(4)其他位置的直径。
4.根据权利要求1所述的一种带储热装置的高压气瓶瓶口阀,其特征在于:所述填料压盖(6)中心开有圆孔,圆孔直径略大于阀杆(4)直径,阀杆(4)穿过填料压盖(6)中心的圆孔后与驱动手柄(8)固定。
5.根据权利要求1所述的一种带储热装置的高压气瓶瓶口阀,其特征在于:所述填料压盖(6)与阀体上端通过紧固螺母(7)和螺栓(9)固定安装。
6.根据权利要求1所述的一种带储热装置的高压气瓶瓶口阀,其特征在于:所述控制通道(3)与放气口(1)之间的通道直径略大于阀杆(4)直径。
7.根据权利要求1所述的一种带储热装置的高压气瓶瓶口阀,其特征在于:所述阀芯(2)呈半球形,控制通道(3)与放气口(1)间的连通口底部呈锥形,阀门关闭时,阀芯(2)顶部的球面与连通口的锥形斜面接触密合。
8.根据权利要求1所述的一种带储热装置的高压气瓶瓶口阀,其特征在于:所述储热装置中,内层为圆柱体,外层为同轴嵌套于内层外部的中空圆柱体,两者之间留有环形的进气通道。
9. 根据权利要求1 所述的一种带储热装置的高压气瓶瓶口阀,其特征在于:所述的充气口、放气口(1)处的阀体外部分别设有充气口螺纹、放气口螺纹,分别用于与管路、气瓶的连接。
10.一种利用如权利要求1~9任一所述的瓶口阀的气瓶充放气温度控制方法,其特征在于:将所述高压气瓶瓶口阀安装于待控制的气瓶瓶口上;气瓶充气时,阀门充气口温度升高,温度高于外层储热介质的熔点温度时,外层储热介质融化吸热,对阀门进口气体进行降温;气瓶放气时,阀门充气口温度降低,温度低于内层储热介质的凝固点温度时,内层储热介质凝固放热,提高气体温度,防止出口气体温度过低。
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