БЛОК МАНИФОЛЬДА БАКА Российский патент 2011 года по МПК F16K1/30 F17C13/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в общем плане относится к регулированию потока газа при заполнении им емкостей для сжатого газа и выведении из указанных емкостей. Более конкретно, изобретение относится к адаптируемому блоку манифольда для контролирования потока газа, подаваемого в топливные баки и выводимого из них.

Раскрытие изобретения

Предлагаемый блок манифольда бака снабжен портом для заполнения бака, через который в бак можно ввести текучую среду, в частности газ. Кроме того, указанный блок имеет клапан-отсекатель и соединен с емкостью (в частности, с топливным баком) посредством своего сопрягающего элемента в виде, например, удлиненного цилиндрического сопрягающего участка, снабженного наружной резьбой. Указанный элемент вводится в соответствующее ему отверстие бака, такое как расположенное у горловины бака впускное/выпускное отверстие, снабженное внутренней резьбой.

Поток газа, выходящий из бака, прежде всего проходит через сменный фильтр блока манифольда, фиксируемый в нужном положении посредством соответствующего уплотнения. Далее газ течет через кпапан-отсекатель блока манифольда, отсекающий избыточный поток. Указанный клапан работает в режиме автоматического запирания, прерывая поток газа, если его расход превышает заданный пороговый уровень.

За указанным клапаном по направлению потока расположен клапан ручной регулировки. Когда клапан-отсекатель открыт, позволяя текучей среде течь к клапану ручной регулировки, указанная среда из клапана ручной регулировки попадает далее к регулятору-редуктору, понижающему ее давление. За регулятором-редуктором по направлению потока помещен клапан сброса давления, предназначенный для защиты компонентов системы низкого давления.

В одном из вариантов осуществления блок манифольда бака оборудован соленоидным клапаном низкого давления, расположенным по направлению потока за клапаном сброса давления.

Предлагаемый блок манифольда снабжен портами, предназначенными для введения в них дополнительных компонентов. Предусмотрена, в частности, возможность ввести в один или несколько таких портов датчики давления, которые можно разместить на блоке, на выбор, на стороне низкого или высокого давления. На стороне высокого давления предусмотрена возможность добавить порт для датчика температуры, облегчающего отслеживание температуры газа внутри бака.

Кроме того, в указанном блоке имеется порт для тепловой разгрузки. Он сообщается со сквозным каналом, расположенным по оси элемента, сопрягающего блок манифольда с баком. В указанный порт могут быть введены датчик температуры и предохранительный термоклапан, который выпустит газ из бака, когда температура снаружи бака превысит заданный безопасный уровень. Между сменным фильтром и указанным сквозным каналом может быть помещено уплотнение фильтра

Далее устройство блока манифольда бака будет пояснено более подробно в процессе описания предпочтительных вариантов осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет блок манифольда бака по настоящему изобретению в сечении.

Фиг.2 представляет блок манифольда, показанный на фиг.1, в перспективном изображении.

Фиг.3 представляет блок манифольда, показанный на фиг.1 и 2, в перспективном изображении с другого направления.

Фиг.4 представляет блок манифольда, показанный на фиг.1-3, на виде сверху.

Фиг.5 представляет второй вариант осуществления блока манифольда бака в сечении, аналогичном сечению, показанному на фиг.1.

Фиг.6 представляет блок манифольда, показанный на фиг.5, на виде сверху и в частичном сечении в варианте, в котором за регулятором блока по направлению потока помещен соленоидный клапан низкого давления.

Осуществление изобретения

Как показано на фиг.1-6, блок 10 манифольда бака имеет корпус 12. Указанный корпус содержит элемент 14, сопрягающий его с баком и выполненный, например, в виде удлиненного цилиндрического сопрягающего участка 16, снабженного наружной резьбой. Сопрягающий элемент 14 вводится в предназначенное для этого ответное отверстие 18 бака, расположенное у горловины емкости (например топливного бака 20) и снабженное внутренней резьбой. Кроме того, в корпусе 12 имеется расположенный по оси сквозной канал 22, в котором помещены фильтр 24 и его уплотнение 26, причем предпочтительно расположить их в положении, облегчающем удаление и замену фильтра, не прибегая к удалению блока 10 манифольда из бака 20.

Далее, блок 10 имеет порт 28 (см. фиг.3) для заполнения бака, через который в бак подается газ, регулятор-редуктор 30, порт 32 для предохранительного термоклапана, клапан-отсекатель 34 и расположенный за ним по направлению потока клапан 36 ручной регулировки потока. Из бака 20 газ поступает через сменный фильтр 24 в клапан-отсекатель 34. Указанный клапан имеет канал 38 и поршень 40, который при нормальных условиях отведен от седла 44 клапана посредством пружины 42, обладающей заданной жесткостью. Однако, когда поток превышает заданный пороговый уровень, перепад давлений в канале 38 клапана 34 передает поршню 40 усилие, достаточное для преодоления смещающей нагрузки, создаваемой пружиной 42, в результате чего поршень приходит в герметичный контакт с седлом 44. Тем самым автоматически прерывается прохождение текучей среды через кпапан-отсекатель 34.

Причины, по которым поток текучей среды превышает заданный пороговый уровень, могут быть различными. В частности, указанное превышение может возникнуть из-за неисправности в той части системы, которая находится ниже по направлению потока, например, вследствие прорыва линии или поломки важных компонентов. В такой ситуации режим автоматического выключения, обеспечиваемый клапаном 34, прерывает поток текучей среды из бака 20 до тех пор, пока не будет устранена проблема или ситуация, вызвавшая образование избыточного потока. Сразу же после разрешения указанной проблемы клапан 34 можно вручную возвратить в исходное состояние поворотом штока 46 на клапане 36 ручной регулировки потока. Такой поворот штока 46 отодвигает поршень 40 от седла 44. В альтернативном варианте возвращение поршня 40 клапана 34 в позицию, в которую он был отведен от седла 44 пружиной 42, можно осуществить автоматически.

После клапана 36 ручной регулировки потока текучая среда поступает к регулятору-редуктору 30. Предусмотрена возможность ручной регулировки клапана 36 с целью перекрывания создаваемого баком давления на компоненты системы, расположенные далее по направлению потока. В результате такой регулировки шток 46 клапана смещается вниз и входит в герметичный контакт с поршнем 40 клапана 34, перекрывая поток газа или какой-то другой текучей среды. При использовании клапана 36 ручной регулировки уменьшается количество необходимых компонентов в блоке 10 манифольда и минимизируется габаритный размер указанного блока.

Регулятор-редуктор 30 относится к нерегулируемому типу и настраивается предварительно. Он предназначен для уменьшения входного давления до заданного выходного уровня и работает в режиме принудительного отключения. Если через седло 48 клапана регулятора образуется утечка, выходное давление поднимается выше заданного выходного уровня, прикладывая дополнительное усилие к седлу 48 и тем самым уменьшая или прекращая утечку газа. Для защиты компонентов системы низкого давления предусмотрено наличие порта 50 для клапана сброса давления, в который можно установить указанный клапан (не показан). Этот порт находится по направлению потока за регулятором-редуктором 30.

Обеспечена также возможность установить за клапаном сброса давления по направлению потока соленоидный клапан 52 низкого давления. Кроме того, блок 10 манифольда снабжен портом 54, в который в случае необходимости вводится датчик давления (не показан). Датчики давления можно разместить на блоке 10 на выбор на стороне низкого или высокого давления. На стороне высокого давления блока 10 предусмотрена возможность выполнения дополнительного порта для датчика температуры, облегчающего отслеживание температуры газа внутри бака. В порт 32 устанавливается предохранительный термоклапан, который выпустит газ из бака 20, когда температура снаружи бака превысит заданный безопасный уровень. В корпусе 12 имеется вспомогательный сквозной канал 56, связанный по потоку с портом 32 для предохранительного термоклапана и с внутренним объемом бака 20. Указанный канал расположен параллельно оси элемента 14, сопрягающего блок с баком. Благодаря каналу 56 давление порта 32 для предохранительного термоклапана равно давлению внутри бака.

Для обеспечения возможности использования блока 10 манифольда при различных уровнях потока текучей среды предусмотрена возможность соответствующего выбора различных параметров этого блока, в частности размера седла клапана, а также вентильных компонентов регулятора-редуктора 30 и/или клапана-отсекателя 34. Описанный блок 10 предназначен прежде всего для применения в баках двигателей транспортных средств, использующих водородные топливные элементы. Кроме того, указанный блок пригоден для многочисленных применений, связанных с регулированием газового потока, состоящего из кислорода, водорода и азота, причем этот перечень не ограничен приведенными газами. Благодаря многочисленным портам в его корпусе блок 10 манифольда бака обладает высокой адаптивностью к различным требованиям.

Описанный блок манифольда бака обеспечивает регулирование давления в баках в интервале приблизительно 10×10⁵-700×10⁵ Па (в случае водорода) и предназначен для работы в температурном интервале приблизительно от -40°С до 85°С.

Блок манифольда предназначен для применения в комбинации с баками транспортных средств, использующих водородные топливные элементы. Блок манифольда бака содержит порты для датчиков. Каждый из указанных портов выполнен с возможностью селективного приема, по меньшей мере, одного датчика, выбранного из группы, состоящей из датчика давления и датчика температуры. По меньшей мере, один из указанных портов для датчиков расположен на стороне корпуса блока манифольда, соответствующей высокому давлению. Предлагаемый блок является универсальным и легко приспосабливается к требованиям конкретных приложений. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Блок манифольда бака, имеющий порты для датчиков, при этом каждый из указанных портов выполнен с возможностью селективного приема, по меньшей мере, одного датчика, выбранного из группы, состоящей из датчика давления и датчика температуры, и, по меньшей мере, один из указанных портов для датчиков расположен на стороне корпуса блока манифольда, соответствующей высокому давлению.

2. Блок манифольда бака, содержащий корпус, имеющий:
элемент, сопрягающий его с баком,
порт для заполнения бака,
фильтр, связанный по потоку с портом для заполнения бака,
клапан-отсекатель, расположенный по направлению потока за фильтром, клапан ручной регулировки потока, расположенный по направлению потока за клапаном-отсекателем,
регулятор-редуктор, расположенный по направлению потока за клапаном ручной регулировки потока,
клапан сброса давления, расположенный по направлению потока за регулятором, понижающим давление, и
порты для датчиков, при этом каждый из указанных портов выполнен с возможностью селективного приема, по меньшей мере, одного датчика, выбранного из группы, состоящей из датчика давления и датчика температуры.

3. Блок манифольда по п.2, отличающийся тем, что дополнительно содержит соленоидный клапан низкого давления, расположенный по направлению потока за клапаном сброса давления.

4. Блок манифольда по п.2, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из портов для датчиков расположен на стороне блока манифольда, соответствующей низкому давлению.

5. Блок манифольда по п.2, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из портов для датчиков расположен на стороне блока манифольда, соответствующей высокому давлению.

6. Блок манифольда по п.2, отличающийся тем, что дополнительно содержит порт для тепловой разгрузки, сообщающийся с элементом, сопрягающим блок манифольда с баком.

7. Блок манифольда по п.2, отличающийся тем, что дополнительно содержит датчик температуры, введенный в порт для тепловой разгрузки.

8. Блок манифольда бака, содержащий корпус, имеющий:
элемент, сопрягающий его с топливным баком и имеющий удлиненный резьбовой цилиндрический сопрягающий участок,
расположенный по оси сквозной канал,
порт для заполнения бака,
сменный фильтр, введенный в расположенный по оси сквозной канал и связанный по потоку с портом для заполнения бака,
клапан-отсекатель, расположенный по направлению потока за фильтром, клапан ручной регулировки потока, расположенный по направлению потока за клапаном-отсекателем,
регулятор-редуктор, расположенный по направлению потока за клапаном ручной регулировки потока,
клапан сброса давления, расположенный по направлению потока за регулятором, понижающим давление, и
порты для датчиков, при этом каждый из указанных портов выполнен с возможностью селективного приема, по меньшей мере, одного датчика, выбранного из группы, состоящей из датчика давления и датчика температуры.

9. Блок манифольда по п.8, отличающийся тем, что дополнительно содержит уплотнение фильтра, помещенное между сменным фильтром и расположенным по оси сквозным каналом.

10. Блок манифольда по п.8, отличающийся тем, что дополнительно содержит порт для тепловой разгрузки, сообщающийся с элементом, сопрягающим блок манифольда с баком.

11. Блок манифольда по п.10, отличающийся тем, что дополнительно содержит датчик температуры, введенный в порт для тепловой разгрузки.

12. Блок манифольда по п.8, отличающийся тем, что дополнительно содержит соленоидный клапан низкого давления, расположенный по направлению потока за клапаном сброса давления.

13. Блок манифольда по п.8, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из портов для датчиков расположен на стороне блока манифольда, соответствующей низкому давлению.

14. Блок манифольда по п.8, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из портов для датчиков расположен на стороне блока манифольда, соответствующей высокому давлению.

15. Блок манифольда по п.8, отличающийся тем, что клапан-отсекатель имеет канал и поршень, при этом поршень при нормальных условиях отведен от седла клапана.

16. Блок манифольда по п.8, отличающийся тем, что усилие, отводящее при нормальных условиях поршень от седла клапана, прикладывается к поршню пружиной, обладающей заданной жесткостью.