一种用于储氢气瓶的温度驱动泄压装置及储氢气瓶的制作方法
本发明涉及储氢设备，具体涉及一种用于储氢气瓶的温度驱动泄压装置及储氢气瓶。
背景技术：
1、目前，以燃料电池汽车为代表的交通领域已成为氢能应用的关键突破口和主要市场。随着车辆对续航里程的要求不断提高和燃料电池技术的不断发展，储氢气瓶的技术也在不断发展。超高压、超大容积的储氢气瓶是燃料电池汽车发展的必然需求。
2、储氢气瓶采用高压储氢技术，压力检测和超压保护是关键。为了防止燃料电池汽车在发生火灾等事故时产生氢气爆炸，根据相关国家标准与法律法规的要求，燃料电池汽车的车载储氢气瓶必须安装tprd(the thermally-activated pressure relief device，温度驱动压力释放装置)，tprd是一种一次性的燃料电池汽车氢气瓶安全附件，安装于燃料电池汽车氢气瓶阀或气瓶尾堵上，当氢气瓶内或环境温度达到设定温度时，tprd中的感温材料发生动作，tprd就会启动，将气瓶内的氢气急速放空，使气瓶内易燃易爆的氢气不会因温度上升而发生爆炸。《gb/t33215-2016气瓶安全泄压装置》中8.1、8.2提供了气瓶安全泄放量与泄压装置额定排量的计算方法，因此其排放通径也必须满足要求。
3、公开号为cn208919425u的中国专利文件公开了一种高压气瓶安全泄放装置，利用感温玻璃球在遇高温破碎的原理进行结构设计，泄放温度稳定、安全，耐压高，但其泄放通径(排量)受感温材料限制。
4、目前市场上35mpa的tprd排放通径最大只能做到7mm；70mpa的tprd排放通径最大只能做到4mm。tprd的感温材料平均破碎载荷约为2000-3000n。假设一只储氢瓶容积为450l，储氢压力为70mpa，其tprd泄放通径至少需要12mm，对tprd感温材料施加的载荷约为7912n，远超现有感温材料的平均破碎载荷。因此，对于高压或超高压大容量储氢瓶，现有的泄压装置无法承受所需的泄放载荷。
技术实现思路
1、为了解决现有技术存在的问题，本方案提出一种用于储氢气瓶的温度驱动泄压装置，能够使感温材料所受载荷不受排放通径的影响，适应高压、大容积、大流量储氢环境。
2、根据本发明的一个方面，提供了一种用于储氢气瓶的温度驱动泄压装置，包括：阀体、第一阀盖、第二阀盖、第一阀芯、第二阀芯、第一密封圈、第二密封圈、第三密封圈、第四密封圈、第五密封圈和感温材料，感温材料安装于第二阀盖和第二阀芯之间；
3、阀体开设有入口、出口、第一气体腔室、第二气体腔室、第三气体腔室、第一气体通道、第二气体通道和第三气体通道；入口和出口分别开设于第一气体腔室的侧方和下方，入口与第一气体腔室连通；
4、第一阀盖底部设置有第一密封圈，第一阀芯上下分别开设有第二密封圈和第三密封圈，第二阀盖末端设置有第四密封圈，第二阀芯末端设置有第五密封圈；
5、第一阀盖位于第二气体腔室上方；第一阀芯安装于第一气体腔室中，第一阀芯中开设有第一气体通道，第一气体通道用于连通第一气体腔室和第二气体腔室；第二气体通道用于连通第二气体腔室和第三气体腔室；
6、第二阀盖位于第三气体腔室左侧；第二阀芯安装于第三气体腔室内；第三气体通道用于连通第三气体腔室和外部大气或出口。
7、通过上述技术方案，采用了较简单的阀体结构，制造成本相对较低，当储氢气瓶内部温度超过一定阈值时，装置会自动启动泄压，使得入口和出口直接连通，使感温材料受力不受排放通径影响，可适用于超高压、超大容积工况，能够提高储氢气瓶压力泄放的稳定性和安全性。
8、可选地，在本发明提供的用于储氢气瓶的温度驱动泄压装置中，第一气体通道的直径小于第二气体通道的直径，第三气体通道的直径大于或等于第二气体通道的直径。
9、装置启动时，由于第三气体通道的直径大于或等于第二气体通道的直径大于第一气体通道的直径，使得第二气体腔室内的气体排出速度大于进入速度，第一阀芯受力向上移动，第一气体腔室和出口连通，使气体直接从入口经过第一气体腔室到出口。
10、可选地，在本发明提供的用于储氢气瓶的温度驱动泄压装置中，第一密封圈的外径等于第二密封圈，第二密封圈的外径大于第三密封圈。
11、通过使用多重密封圈可以提高气体密封性能和装置的可靠性。由于外径较大的密封圈可以承受较高的压力，通过合理设计不同密封圈的外径大小，可以更好地适应不同部位的压力变化。
12、可选地，在本发明提供的用于储氢气瓶的温度驱动泄压装置中，第二密封圈分隔第一气体腔室和第二气体腔室，第三密封圈分隔第一气体腔室和出口，第五密封圈分隔第二气体腔室与第三气体腔室。
13、通过分隔不同的气体腔室，每个气体腔室都有特定的功能和控制作用，可以使装置的结构更加清晰、功能更加分明，有利于维护和管理。
14、可选地，在本发明提供的用于储氢气瓶的温度驱动泄压装置中，第一气体腔室内气压对第三密封圈施加的压力f1为：
15、
16、第一气体腔室内气压对第二密封圈施加的压力f2为：
17、
18、第二气体腔室内气压对第二密封圈施加的压力f3为：
19、
20、第二气体腔室内气压对第五密封圈施加的压力f4为：
21、
22、其中，φ2为第二气体通道直径，d1为第三密封圈直径，d2为第二密封圈直径，p1为第一气体腔室内气压，p2为第二气体腔室内气压。
23、可选地，在本发明提供的用于储氢气瓶的温度驱动泄压装置中，初始状态下，气体从入口经第一气体腔室和第一气体通道进入第二气体腔室。
24、由于第五密封圈的密封，气体无法通过第二气体通道进入第三气体腔室，因此p1＝p2，f2＝f3，第一阀芯受力f＝f1+f3-f2，第二阀芯仅受f4作用。
25、可选地，在本发明提供的用于储氢气瓶的温度驱动泄压装置中，当外部环境温度达到预设温度时感温材料破碎，第二阀芯向第二阀盖方向位移，第五密封圈离开第二气体通道，第二气体通道打开，第二气体腔室内的气体通过第二气体通道进入第三气体腔室，再经过第三气体通道排出；第一阀芯向第一阀盖方向位移，第一气体腔室和出口连通，气体直接从入口经过第一气体腔室到出口。
26、基于上述技术方案，感温材料受热破碎，第二阀芯失去了感温材料的支承，在f4作用下，向第二阀盖方向位移，第五密封圈离开第二气体通道，失去密封作用，第二气体通道被打开，第二气体腔室内的气体通过第二气体通道进入第三气体腔室，再经过第三气体通道排出。第二气体腔室内的气体排出速度大于进入速度，因此第二气体腔室内的气压p2＜第一气体腔室内的气压p1，此时f2＞f1+f3，第一阀芯所受合力f＝f1+f3-f2方向向上，第一阀芯向第一阀盖方向位移，第三密封圈失去密封作用，第一气体腔室和出口连通，气体直接从入口经过第一气体腔室到出口。
27、可选地，在本发明提供的用于储氢气瓶的温度驱动泄压装置中，出口的直径根据储氢气瓶的容积和压力确定。
28、本发明提供的温度驱动泄压装置的气体排放出口直径与感温材料所能承受的载荷无关，因此，可以根据储氢气瓶的容积和压力灵活确定出口直径。
29、可选地，在本发明提供的用于储氢气瓶的温度驱动泄压装置中，第一阀盖和第二阀盖由金属材料制成，通过螺纹固定安装于阀体；第一密封圈、第二密封圈、第三密封圈、第四密封圈、第五密封圈由弹性材料制成。
30、根据本发明的第二方面，提供了一种储氢气瓶，包括如本发明第一方面的用于储氢气瓶的温度驱动泄压装置。
31、根据本发明提供的温度驱动泄压装置，通过设计阀体、阀盖和阀芯的结构，使得整个装置的体积相对较小，结构紧凑，制造成本相对较低，便于安装在氢气瓶上，不会过多占用空间；感温材料受力不受装置排放通径的影响，当温度超过设定阈值时，能够迅速将储氢气瓶内的压力释放出来，且泄放温度稳定，适用于各种不同规格和工作条件的储氢气瓶，尤其适应高压、大容积、大流量的储氢环境，提高了装置的通用性。
32、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
技术特征：
1.一种用于储氢气瓶的温度驱动泄压装置，其特征在于，包括：阀体、第一阀盖、第二阀盖、第一阀芯、第二阀芯、第一密封圈、第二密封圈、第三密封圈、第四密封圈、第五密封圈和感温材料，所述感温材料安装于第二阀盖和第二阀芯之间；
2.根据权利要求1所述的用于储氢气瓶的温度驱动泄压装置，其特征在于，所述第一气体通道的直径小于第二气体通道的直径，所述第三气体通道的直径大于或等于第二气体通道的直径。
3.根据权利要求1所述的用于储氢气瓶的温度驱动泄压装置，其特征在于，所述第一密封圈的外径等于第二密封圈，第二密封圈的外径大于第三密封圈。
4.根据权利要求1所述的用于储氢气瓶的温度驱动泄压装置，其特征在于，所述第二密封圈分隔第一气体腔室和第二气体腔室，第三密封圈分隔第一气体腔室和出口，所述第五密封圈分隔第二气体腔室与第三气体腔室。
5.根据权利要求4所述的用于储氢气瓶的温度驱动泄压装置，其特征在于，所述第一气体腔室内气压对第三密封圈施加的压力f1为：
6.根据权利要求1所述的用于储氢气瓶的温度驱动泄压装置，其特征在于，初始状态下，气体从所述入口经所述第一气体腔室和第一气体通道进入第二气体腔室。
7.根据权利要求1所述的用于储氢气瓶的温度驱动泄压装置，其特征在于，当外部环境温度达到预设温度时所述感温材料破碎，所述第二阀芯向第二阀盖方向位移，所述第五密封圈离开第二气体通道，第二气体通道打开，第二气体腔室内的气体通过第二气体通道进入第三气体腔室，再经过第三气体通道排出外部；所述第一阀芯向第一阀盖方向位移，第一气体腔室和出口连通，气体直接从入口经过第一气体腔室到出口。
8.根据权利要求1所述的用于储氢气瓶的温度驱动泄压装置，其特征在于，所述出口的直径根据储氢气瓶的容积和压力确定。
9.根据权利要求1所述的用于储氢气瓶的温度驱动泄压装置，其特征在于，所述第一阀盖和第二阀盖由金属材料制成，通过螺纹固定安装于阀体；所述第一密封圈、第二密封圈、第三密封圈、第四密封圈、第五密封圈由弹性材料制成。
10.一种储氢气瓶，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项中所述的用于储氢气瓶的温度驱动泄压装置。
技术总结
本发明公开了一种用于储氢气瓶的温度驱动泄压装置及储氢气瓶，该装置包括：阀体、第一阀盖、第二阀盖、第一阀芯、第二阀芯和安装于第二阀盖和第二阀芯之间的感温材料；阀体开设有入口、出口、第一气体腔室、第二气体腔室、第三气体腔室、第一气体通道、第二气体通道和第三气体通道；入口与第一气体腔室连通；第一阀芯安装于第一气体腔室中开设有第一气体通道，第一气体通道用于连通第一气体腔室和第二气体腔室；第二阀芯安装于第三气体腔室内，第二气体通道用于连通第二气体腔室和第三气体腔室；第三气体通道用于连通第三气体腔室和外部大气或出口。本方案能够提高超高压大容量储氢工况下的泄压稳定性。
技术研发人员：蔡铖威,刘绍军,顾成杰,李冬梅,蔡丽丽
受保护的技术使用者：上海舜华新能源系统有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23