CN105283637A - 适合于包括压力调节器和阀的燃料电池系统的流体部件 - Google Patents

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Abstract

本发明针对用于控制流体流动和压力的装置，所述装置包括可调式压力调节器、具有入口限制器、半自动阀的压力调节器和具有旁通阀的压力调节器。所述可调式压力调节器具有可移动梭、梭壳体、高压膜片、低压膜片和将入口连接至出口的流体管道。调整这些部件中的一个或多个以修改所述调节器的出口压力。当流入流体的压力高于阈值水平时，所述入口限制器允许所述流入流体进入所述压力调节器。定位所述入口限制器可用来防止部分真空形成于压力调节器内部。所述半自动阀被手动打开，但是当流过所述阀的流体不足以保持所述阀打开时自动关闭。所述半自动阀也可以是半自动电气开关。当所述流动为缓慢的或具有低压时，所述旁通阀引导所述流动绕过所述压力调节器。

Description

适合于包括压力调节器和阀的燃料电池系统的流体部件
发明领域
本发明大体上涉及将燃料筒连接至各种燃料电池系统和燃料再充填装置的流体部件。具体地说，本发明涉及压力调节器，所述压力调节器以相对高的压力从燃料筒获取燃料并将输出压力调节至燃料电池和燃料再充填装置可接受的水平。更具体来说，本发明涉及可调式压力调节器和具有入口限制器或具有旁通和半自动阀的压力调节器，以及其他。
发明背景
燃料电池是直接将例如燃料和氧化物的反应物的化学能转换为直流(DC)电的装置。一般来说，燃料电池技术包括各种不同的燃料电池，如碱性燃料电池、聚合物电解质燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池和酶燃料电池。燃料电池通常涉及氢(H2)燃料，并且它们也可以消耗非纯氢燃料。非纯氢燃料电池包括直接氧化燃料电池如使用甲醇的直接甲醇燃料电池(DMFC)，或在高温下使用碳氢化合物的固体氧化物燃料电池(SOFC)。氢燃料可以压缩形式存储或存储在如醇类或碳氢化合物的化合物或其他含氢材料内，所述其他含氢材料可被重整或转换为氢燃料和副产物。氢也可以储存在如硼氢化钠(NaBH4)的化学氢化物中，所述化学氢化物与水或酒精反应以产生氢和副产物。氢也可在第一压力和温度下被吸附或吸收在例如五镍化镧(LaNi5)的金属氢化物中，并且在第二压力和温度下被释放以向燃料电池供给燃料。
大多数燃料电池具有质子交换膜或聚合物电解质膜(PEM)，所述质子交换膜或聚合物电解质膜允许氢质子通过但迫使电子通过外部电路，所述外部电路有利地可为移动电话、个人数字助理(PDA)、计算机、电动工具或使用电子流或电流的或任何装置。燃料电池反应可以被表示如下：
在燃料电池的阳极处的半反应：
H2→2H++2e-
在燃料电池的阴极处的半反应：
2(2H++2e-)+O2→2H2O
一般来说，PEM由如可得自杜邦公司的的聚合物或其他适合的膜制成，所述为具有在约0.05mm至约0.50mm的范围内的厚度的全氟磺酸类聚合物。阳极通常是由具有催化剂薄层的特氟龙(Teflonized)碳纸支撑物制成，所述催化剂薄层如沉积于所述特氟龙碳纸支撑物上的铂-钌。阴极通常是气体扩散电极，其中铂颗粒结合至所述膜的一侧。
对于DMFC，在每个电极处的化学-电反应和用于直接甲醇燃料电池的总反应描述如下：
在阳极处的半反应：
CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-
在阴极处的半反应：
1.5O2+6H++6e-→3H2O
总燃料电池反应：
CH3OH+1.5O2→CO2+2H2O
美国专利号4,390,603和4,828,941中论述了DMFC，所述美国专利以引用方式全部并入本文。
在化学金属氢化物燃料电池中，硼氢化钾或硼氢化钠被重整并且反应如下：
NaBH4+2H2O→(热和/或催化剂)→4(H2)+(NaBO2)
用于这个反应的适合的催化剂包括铂和钌以及其他金属。由重整硼氢化钠产生的氢燃料在燃料电池中与如O2的氧化剂反应，以生成电(或电子流)和水副产物，如以上所说明的。硼酸钠(NaBO2)副产物也由重整过程产生。美国专利号4,261,956中论述了硼氢化钠燃料电池，所述美国专利以引用方式全部并入本文。
需要压力调节器和其他流体流动控制装置来控制或调节燃料从燃料筒或燃料贮存器到燃料电池系统、燃料再充填装置和燃料电池所供电的装置的流动。已知技术公开各种压力调节器和流动控制装置。然而，需要改进的压力调节器和流动控制装置。在一定程度上，这个需求已经通过共同拥有的美国专利号8,002,853和所述美国专利的成果、美国公开专利申请号2010/0104481、2011/0189574和2011/0212374解决。这些专利文献以引用方式全部并入本文。
发明概述
本发明针对可调式压力调节器，所述可调式压力调节器包括可移动梭、梭壳体、高压膜片、低压膜片和流体管道，所述流体管道将入口连接至出口。调节这些部件中的一个或多个以调整调节器的出口压力。
本发明也针对具有入口限制器的压力调节器，当流入流体的压力高于阈值水平时，所述入口限制器允许流入流体进入压力调节器。本发明还针对将入口限制器定位在另一个位置处以防止部分真空在压力调节器内部形成。
本发明还针对半自动阀，当流过阀的流体不足以保持阀打开时，所述半自动阀被手动打开但自动关闭。发明性半自动阀也可以是半自动电气开关。
本发明还针对具有旁通阀的压力调节器，当流动缓慢或具有低压时，所述旁通阀可以引导流体绕过压力调节器。
附图简述
附图形成说明书的一部分并且将结合说明书来阅读，并且在附图中相同参考数字在不同视图中用来指示相同部分，在附图中：
图1A是出示US2010/0104481中所示并描述的常规压力调节器的操作原理的横截面图，并且图1B是例示所述操作原理的分解图；
图2A是本发明的可调式压力调节器的横截面图，并且图2b至图2C是所述可调式压力调节器的俯视图；
图3A至图3B是本发明的另一个可调式压力调节器的横截面图；
图4是本发明的另一个可调式压力调节器中的可调式活塞或梭的横截面图；
图5A至图5B是本发明的另一个可调式压力调节器的横截面图；
图6A至图6B是本发明的另一个可调式压力调节器的横截面图；
图7A至图7B是本发明的另一个可调式压力调节器的横截面图；
图8A至图8B是本发明的另一个可调式压力调节器的横截面图；
图9A至图9B是本发明的具有入口限制器的压力调节器的横截面图；
图10A是本发明的具有入口限制器的压力调节器的横截面图；图10B是另一个入口限制器的横截面图；
图11A是本发明的具有通风口以防止部分真空的压力调节器的横截面图；图11B是另一个通风口的横截面图；
图12A至图12B是本发明的半自动阀的横截面图；
图13A至图13B是本发明的另一个半自动阀的横截面图；图13C至图13D是图13A和图13B的操作性地连接至电气开关的半自动阀的横截面图；
图14A至图14B是本发明的具有旁通阀的压力调节器的横截面图；以及
图15A至图15C示出具有温度切断部件的压力调节器。
优选实施方案的详细描述
如在附图中所示和以下详细论述的，本发明针对流体部件和流体流动控制部件，所述流体部件和流体流动控制部件用于具有燃料电池、接口系统和燃料筒或燃料箱/贮存器的燃料电池系统中。这些部件也可以用于其他技术和产业中或与其他技术和产业一起使用并且不限于燃料电池系统。
燃料电池燃料包括可与任何燃料电池一起使用的任何燃料，并且可以是固体燃料、液体燃料和气体燃料或它们的组合。液体燃料包括甲醇、水、甲醇/水混合物、不同浓度的甲醇/水混合物、纯甲醇，和/或甲基笼形物、乙醇或其他醇类。固体反应燃料电池燃料包括化学金属氢化物，如硼氢化钠、硼氢化钾和与液体或凝胶反应以产生氢的其他金属氢化物。固体燃料还可以包括金属氢化物，所述金属氢化物在一定温度和压力下吸收并吸附氢化物基质内的氢并且在另一温度和压力下释放氢以向燃料电池供给燃料。适合的金属氢化物包括但不限于五镍化镧(LaNi5)和在美国专利申请公开号US2009/0060833中所公开的金属氢化物，所述美国专利申请公开以引用方式全部并入本文。
燃料还可以包括碳氢化合物燃料，所述碳氢化合物燃料包括但不限于丁烷、煤油、酒精和天然气，如在2003年5月22日公开的标题为“LiquidHereto-InterfaceFuelCellDevice”的美国专利申请公开号US2003/0096150中所闸述的，所述美国专利申请公开以引用方式全部并入本文。燃料还可以包括液体氧化剂，所述液体氧化剂与燃料和液体电解质反应。因此，本发明不限于任何类型的燃料、活化剂、电解质溶液、氧化剂溶液或含于供应中或另外由燃料电池系统使用的液体或固体。如本文所使用的术语“燃料”包括可以在燃料电池中反应或存储在燃料供应中的所有燃料，并且包括但不限于所有以上适合的燃料、电解溶液、氧化剂溶液、气体、液体、固体和/或包括添加剂和催化剂以及所述添加剂和催化剂的混合物的化学品。
在多个源中描述如常规压力调节器的常规流体控制部件。压力调节器的一个实例在图1A至图1B中示出，以论述压力调节器的操作原理，所述实例如以上先前以引用方式全部并入本文的共同拥有的US2010/0104481中的图18A至图18B所论述。
这样的压力调节器的一个应用降低离开氢贮存器或氢生成器的氢的压力。这样的调节器可定位在氢贮存器或氢生成器的切断阀的下游或上游，并且可与所述氢贮存器或氢生成器邻接而定位。图1A至图1B中示出示例性压力调节器164。调节器164包括入口壳体166、出口壳体168和设置在它们之间的保持件170。移动地设置在保持件或梭壳体170内的是梭172。第一膜片174夹持在入口壳体166与梭壳体170之间，并且第二膜片176夹持在出口壳体168与梭壳体170之间。入口壳体166界定入口通道178，并且出口壳体168界定出口通道180。容纳梭172的保持件或梭壳体170的内部可以并且优选地暴露于参考压力，所述参考压力可以是大气压力。可选的球状物182可以在第一膜片174下方提供于入口通道178正下方，以帮助密封入口通道。球状物182可与本文所描述的任何压力调节器一起使用。如所示，第一膜片174暴露于入口压力并且第二膜片176暴露于出口压力。梭壳体170优选地与如大气压力的参考压力Pref流体连通。
因为在梭172上的所施加力是所施加压力乘以暴露于所述压力的面积的乘积，所以作用在梭172上的压力可以总结如下：
入口膜片力是：
入口压力·入口面积＝参考压力·入口面积+梭力(上表面)[方程式1]
出口膜片力是：
出口压力·出口面积＝参考压力·出口面积+梭力(下表面)[方程式2]
因为上表面上的力等于下表面上的力，所以梭力在两个方程式中相等。针对梭力求解两个方程式并且使所述梭力相等：
(入口P-参考P)·入口面积＝(出口P-参考P)·出口面积[方程式3]
这个方程式可重新写为：
(出口P-参考P)＝(入口P-参考P)·入口面积/出口面积[方程式4]
对于参考压力是相对0psi或1个大气压的情况：
出口P＝入口P·入口面积/出口面积[方程式5]
对于参考压力不是相对0psi的情况，梭的两侧受相对于所述两侧的各自面积的参考压力的影响。在出口压力上升得足以切断入口之前，入口面积等于梭的上表面。在出口压力上升得足以切断入口之后，入口面积收缩至小入口开口。在入口面积减小之后，在低压部分中需要较小的压力来保持入口关闭。这个结构将以轻微出口压力下降减少梭振荡。
当出口力小于入口力时，入口氢压力迫使第一膜片向下以打开从入口通道178到内部循环通道184的流动路径，所述内部循环通道连接至顶部横向通道186，所述顶部横向通道连接至外部循环通道188并连接至连接通道190，所述连接通道连接至下横向通道192并连接至出口通道180。有利地，出口通道180在194处扩大以允许氢气膨胀并在离开之前丧失一些额外压力。出口通道180也扩大以使得调节器164可以装配至燃料电池系统的其他部件。横向通道186和192由如图1A所示的球状物密封。
虽然压力调节器164的所有结构或功能特征可能在以下所描述的实施方案中没有利用，但是展示了压力调节器的原理。
本发明的一方面涉及在需要时或在无须拆卸压力调节器的情况下调整出口压力的能力。参考图2A至图2C，压力调节器200具有可调式活塞或梭202，所述可调式活塞或梭具有固定的较小高压头部204，所述固定的较小高压头部由杆206连接至可变的较大低压头部208。低压头部208包括中心部分210和多个同心环212n。如图2A中所示，同心环具有倒Z形横截面并且定位在第二或低压膜片176上。在优选地暴露于如大气压力的参考压力的梭壳体170内，定位至少一个可缩回调整臂214。臂214定位在同心环212正上方以防止环连同低压膜片176一起移动。如图2A中具体地所示，臂214将防止所有环与低压膜片176一起移动。如以上方程式5中所示，出口压力与高压头部204的面积与低压头部208的中心部分208的面积之比率成比例。臂214可以是如图2B中所示的可线性缩回的、如图2C中所示的可枢转地缩回的。臂214可以是类似于相机中所使用那些的快门。
本领域的技术人员将容易认识到，当臂214缩回时，更多同心环214变得可与梭202一起移动以扩大出口的有效面积以降低出口压力。在相反方向上移动臂214，即移动至梭壳体170中将具有相反效应。移动臂214优选地部分在梭壳体170外部延伸，使得用户可以接触到所述臂以调整压力调节器。虽然由臂214阻挡的环214在阻挡臂214与低压膜片176之间保持相对固定，但是同心环214的倒Z形被选择来确保中心部分208和未阻挡的环214可以自由移动。可被用其他形状，如倒S形、倒置截顶圆锥形。
图3A和图3B示出发明性可变压力调节器的另一个实施方案。在这个实施方案中，压力调节器200具有可变低压膜片176。如所示，这个实施方案具有固定的可移动梭或活塞172，所述固定的可移动梭或活塞定位在高压膜片174与低压膜片176之间。在图3A中示出为暴露于如大气压力的Pref的梭壳体170也具有可移动臂216，所述可移动臂可以选择性地变得与低压膜片176接触。当臂216接触低压膜片176时，所述臂限制可由于如图3B中所示出口压力而挠曲的膜片176的表面积，从而易于提高出口压力。臂216可以具有任何形状并且优选地具有圆形环的形状，所述圆形环安装在梭壳体170内部并且可在图3B中所示的箭头218的方向上移动以选择性地变得与低压膜片176接触。
在另一个实施方案中，如图4中最佳地所示，可移动梭或活塞176是可调式的。梭176具有可移除地附接至梭底座222的杆220，例如，杆200可旋拧或压入配合至底座222，所述底座具有梭的较大出口末端。在梭176的总长度已确定之后，杆220也可通过粘合剂固定地附接至梭底座222。调节活塞或梭的总长度具有对膜片和压力调节器施加预应力或预加载的效应。在一个实例中，当预加载量高于在出口180处的出口压力并且低于入口178时，压力调节器的出口压力将增加。在另一个实例中，当预加载量高于入口压力时，压力调节器将处于切断位置中。
在另一个实施方案中，压力调节器200通过调整连接器或连接管道190来调整，所述连接器或连接管道将高压膜片174或高压侧流体连接至低压膜片176或压力调节器的低压侧。参考图5A，可变流动限制器224放置在连接通道190上以限制通过所述连接通道的流体的流动。通过限制或减少通过连接通道190的流动，出口压力将较低，并且增加通过连接通道190的流动将增加出口压力。当然，当没有或大致上没有通过压力调节器200的流动时，流动限制器224将对压力调节器不具有或具有最小效应。
在图5A中的实施方案的变化中，流动限制器224不是位于高压侧与低压侧之间，而是位于出口180或接近低压膜片176的低压侧与流体端口181之间，所述流体端口将压力调节器连接至接收器或燃料消耗器如燃料电池，如图5B中所示。减少流动将减缓压力调节器200的切断，从而导致在出口180处的较高动态流动压力。
限制流动减小了切断压力将到达大低压膜片176下方的低压腔室177的速度。腔室177中存在一定体积的流体或气体，并且在整个腔室177以及低压膜片176达到必要切断压力之前，切断压力将需要传播穿过腔室177。减少进入腔室177中的流动增加了使腔室中的流体或气体的体积达到切断压力所需要的时间量。与没有通道190中的任何流动限制的调节器相比，图5A中所示的压力调节器将更缓慢地接近压力，因为至低压腔室177和低压出口的流动受到限制。
与没有通道190中的任何流动限制的调节器相比，图5B中所示的压力调节器将更迅速地接近压力，因为至低压腔室177的流动受到限制，但低压出口181被无限制供应。流动将偏向于出口181的无限制路径。取决于情况，出口压力甚至可超越直到受限制的腔室177达到切断压力。在到达出口管线180之前，图5B的出口181将比必须使用流体流动来充满低压腔室177的无限制的调节器更快地达到切断压力。较快速地达到压力并超过设定压力(如果建立)将导致较快速的启动。
图6A和图6B中所示的实施方案示出本发明的另一个调节特征。如所示，梭壳体170的长度是可调式的。梭壳体170包括入口半部166和出口半部168并且伸缩地彼此连接，使得梭壳体170的长度是可调式的。两个半部可以通过匹配螺纹连接或通过螺钉或紧定螺钉保持在一起。梭壳体170的较长长度能引起较高输出压力。这个实施方案类似于在图4中所示的实施方案。
除了同心环212n设置在高压膜片174与可缩回臂214之间以限制经受由来自入口178的高压挠曲的膜片174的面积的量之外，图7A和图7B中所示的实施方案类似于在图2A和图2B中所示的实施方案。例如，相较于图7A中所示的膜片，图7B中所示的膜片174中的更多可挠曲，因为较少的同心环212可利用来阻挡膜片174。较少高压膜片174暴露的图7A的构型引起相较于较多高压膜片174暴露的图7B中的构型的较低输出压力。
除了可移动臂216选择性地接触高压膜片174以限制可以挠曲的膜片174的量之外，图8A和图8B的实施方案类似于图3A和图3B的实施方案。类似地，可移动臂216优选地是设置在梭壳体170中并且可在方向218可移动的环。可移动臂216对高压膜片174的效应类似于结合图7A和图7B的实施方案所描述的那些。
本发明的另一方面涉及用于任何压力调节器238的低压限制或截止装置236，所述任何压力调节器包括本文所论述的压力调节器164和200或任何已知压力调节器。限制装置236设置压力调节器238将起作用的最小阈值压力。当在入口178处的流入流体的入口压力低于这个最小阈值压力时，限制装置236保持关闭并且流入流体将不进入压力调节器238。当入口压力高于最小阈值压力时，限制装置236打开以允许流入流体进入压力调节器238。
参考图9A，限制装置236包括由弹簧242偏置抵靠高压膜片174的盖帽240，使得高压膜片174将不挠曲以允许流入流体进入压力调节器，直到流入流体可以克服限制装置236。更具体来说，限制装置236的盖帽240和弹簧242施加等于弹簧240施加的弹簧力除以盖帽240的面积的限制压力(Plim)。这个限制压力施加至高压膜片174和入口178。具有高于这个限制压力的压力的流入流体将向内推动盖帽240和弹簧242以进入压力调节器238。图9A中的实施方案的一个优点是弹簧242和盖帽240与如氢的燃料电池燃料隔离，所述燃料电池燃料可腐蚀或以其他方式负面影响这些部件。如图9A中所示，尽管梭壳体170可以暴露于参考压力，但是梭壳体170可以被密封。捕集在梭壳体170中的任何气体作用如类似于弹簧242的抵抗压缩的气体弹簧。
在另一个实施方案中，限制装置236包括如图9B中所示的预加载或预先施加应力的高压膜片174’，使得大于Plim的入口压力为必要的，以打开压力调节器238。这里，Plim是高压膜片174上的预加载量。预加载可以是拉伸膜片174’的任何突出部244。
图10A和图10B示出限制装置236的另一个实施方案。在这个实施方案中，限制装置236包括溢流阀246，或在压力达到阈值水平或Plim之后打开的阀246。图10A中所示，阀246包括弹性圆盘248，所述弹性圆盘248是被偏置抵靠柱杆250的密封构件。柱杆250附接至底座252，所述底座界定入口178。当入口压力低于阈值水平或低于Plim时，阀246正常关闭。高于Plim时，密封构件248移动离开柱杆250以允许流入流体进入压力调节器238。
图10B示出阀246的另一个实施方案。在所述构型中，阀246包括附接至底座252的弹性构件254，所述底座界定入口178。弹性构件254具有密封末端256、杆258和锚固末端260。锚固末端260优选地从底座252伸出并具有肩部262以将构件254锚固至底座252。杆258延伸穿过底座252并且连接至密封构件256。密封构件256覆盖入口178并且抵靠底座252而密封以防止压力低于Plim的流入流体的输送。如所示，密封构件256具有凹形形状。密封构件256的形状和厚度确定打开阈值压力或Plim。或者，密封构件256可以具有大致上平坦的形状。阀246可以是设计来在阈值压力或Plim处或高于阈值压力或P1im时打开的任何阀。阀246的另一个实例是图11A中所示的球阀或提升阀。
图11A示出本发明的另一方面。类似于图10A和图10B，这个实施方案包括压力调节器238和阀246，所述阀优选地是溢流阀。然而，阀246位于高压膜片174下游并与低压膜片176和出口180处的低出口压力流体连通。阀246还排放至大气或另一个压力源。在出口180处的出口压力或在压力调节器内的压力变成部分真空，即具有低于大气压力的压力的情况下，阀246打开以允许空气进入压力调节器来破坏部分真空。当真空在入口178处用来关闭压力调节器时，部分真空可发生，并且出口180处于部分真空下。如图11B中所示，还可以使用不同的阀246，如在图10A中所示的阀以及图10B中所示的阀246。
另外，当梭172固定地附接至低压膜片176和高压膜片174时，压力调节器238可以抵抗部分真空的形成，以使得两个膜片的可挠曲性和弹性性质以及梭172的质量用来抵抗压力调节器238的低压侧上的部分真空。梭172以及膜片174和176一致地移动，类似于图13A至图13B中所示的那些，尽管图13A至图13B针对不同流体装置。优选地，梭172以及膜片174和176永久地彼此附接或彼此成为一体。
压力调节器也可以加以修改成手动打开但是在通过阀的流动下降至低于一定阈值时自动切断的阀。如图12A和图12B中所示，半自动阀264具有横贯腔室268并连接至膜片270的梭266，所述膜片由弹簧272支撑或偏置。阀264具有入口278和出口280，并且优选地，容纳弹簧272的腔室暴露于可以是大气压力的Pref。梭266具有减少的中心部分274并且在关闭位置中由密封构件276、277密封腔室268，如图12A中所示。在关闭位置中，不管流入流体的压力如何，所述流入流体都不能进入入口278，因为腔室268被密封至梭266，并且流入流体不与膜片270流体连通。
为打开阀264，用户在梭266的自由末端处朝向膜片270推动所述梭，直到减少的中心部分274位于与内密封构件276相对之处，同时梭266保持密封至外密封构件277。这使腔室268和入口278进入与出口280流体连通状态中，从而允许流入流体流过阀264，如图12B中所示。只要通过阀264的流动保持为高或在预设或预定阈值水平以上，以克服弹簧272和膜片270的偏置力，阀就保持打开。因此，保持阀264打开的必要的力或压力由弹簧272和膜片270的偏置力以及膜片270的面积确定。当通过阀264的流动的压力下降至低于这个阈值水平时，阀264由于弹簧272和膜片270的作用而自动切断。
图13A至图13B中示出半自动阀264的另一个版本。在这个实施方案中，省略弹簧272，并且用以保持阀264打开的偏置力由膜片270并且任选地由第二膜片282提供。杆266也被简化。所述杆通过第二膜片282密封至阀的主体，并且通过内密封支座284密封腔室268，如图13A中所示。
阀264的这个实施方案以与如图12A至图12B中所示的大致上相同方式操作。用户朝向膜片270推动杆266，从而允许腔室268和入口278与出口280流体连通。只要通过阀264的流动保持为高或在预设或预定阈值水平以上，以克服膜片270的偏置力，阀就保持打开。在这个实施方案中，这个阈值水平由膜片270和282的可挠曲性或弹簧常数和面积确定。
图13A至图13B中所示的阀264也可以用作电气开关，所述电气开关手动打开，但当通过阀264的流动降低至阈值水平以下时自动关闭。参考图13C至图13D，电气开关具有端子286和288，所述端子中的一个是正极并且一个是负极，所述端子靠近阀264并且更具体来说靠近杆266的远端而定位。如图13C中所示，当阀264关闭时，端子286和288没有连接，并且连接至这些端子的电路是开路并且是不操作的。如图13D中所示，当阀264打开时，端子286和288连接，并且连接至这些端子的电路是闭合的并且是操作的。端子286和288可以用作用于燃料电池电路或用于燃料电池供电的电子装置中的电路的开关，以使得当通过阀264的燃料的流动停止时，燃料电池或电子装置关闭。端子286和288可以被绝缘弹簧(未示出)偏置分开或它们可以是悬臂梁。
压力调节器可与如图14A和图14B中所示的旁通阀290一起使用，所述压力调节器包括但不限于包括本文所论述的压力调节器164和200的压力调节器238。流入流体进入调节器238/入口178处的旁通阀290。如图14A中所示，当流入流体的压力低于压力调节器238的“开裂”压力，即流入流体的压力太低而不能移动膜片和压力调节器的活塞/梭以打开压力调节器时，流入流体流动至旁通管道292并流过旁通阀290至旁通出口294并且通过出口180流出。
另一方面，当流入流体的压力足够高，使得流入流体例如燃料电池燃料应被调节成燃料电池可接受的时，流入流体流过调节器管道296和压力调节器238并通过出口180离开。流入流体的高压推动膜片298，所述膜片将阀杆300和阀座302拉动至与旁通阀290的密封表面304的密封位置中。旁通阀290正常为打开的，并且关闭阀和旁通管道292的阈值力取决于弹簧力和膜片298的面积。平衡这个阈值力的是等于流入流体的压力乘以阀座302的有效底部面积的乘积的力。当流入流体的力小于这个阈值力时，阀290打开以允许流入流体绕过压力调节器238。
在另一个实施方案中，当燃料电池或燃料电池供电的电子装置的温度达到希望使装置或燃料电池关闭的一定水平时，可致使可为以上所论述的任何压力调节器的压力调节器238不操作，例如切断。如图15A至图15C中最佳地示出，将在一定温度处改变它的形状的材料放置在压力调节器内，以使得当膨胀或改变时，所述材料阻止梭172的移动或朝向入口178或出口180推动梭172以密封入口/出口。这个材料可以放置在出口180与低压膜片176之间的区域306中，或入口178与高压膜片174之间的区域308中或梭172与梭壳体170之间的区域310中。适合的温度敏感材料包括但不限于如镍钛合金的形状记忆合金(SMA)，如图15B中所示。当放松或在低温下时，SMA可以是相对平坦的，例如导线312或导线314，并且可以分别改变为较粗导线，例如导线314或导线316。可将一个或多个这样的SMA导线放置在区域306、308或310中以至少暂时地冻结或致使压力调节器238不操作，直到温度再次降低。
温度敏感材料可以是存储在某个温度下从液体改变成气体的液体的弹性或可挠曲性袋或容器。如图15C中所示，在含有液体时具有相对较小的体积的容器318在温度升高至液体的沸点以上时膨胀，以变成较大容器320。适合的液体的一个实例是在标准压力下在约65℃处沸腾的甲醇和在约100℃处沸腾的水。包括蜡的适合温度可膨胀的其他实例在美国公开专利申请US2006/0071088中全面公开，所述美国公开专利申请以引用方式全部并入本文。
虽然很明显本文所公开的本发明的例示性实施方案实现以上所述的目标，但是应理解，所述领域的技术人员可设计许多修改和其他实施方案。因此，将理解，所附权利要求书意图涵盖所有这些修改或实施方案，所述修改或实施方案在本发明的精神和范围内。

Claims (22)

1.一种压力调节器，其包括
可移动梭，其设置在高压膜片、低压膜片之间
梭壳体，其容纳所述梭，以及
管道，其中所述压力调节器的所述部件中的至少一个是可调式的，以改变所述压力调节器的出口压力，并且
其中所述管道将入口连接至出口，所述高压膜片位于接近所述入口之处并且所述低压膜片位于接近所述出口之处。
2.如权利要求1所述的压力调节器，其中所述梭包括高压末端和低压末端，并且所述低压末端包括中心部分和多个同心环，其中若干环被选择来连接至所述中心部分以确定所述低压末端的可移动区域。
3.如权利要求2所述的压力调节器，其还包括至少一个可移动臂，所述至少一个可移动臂连接至所述梭壳体，所述至少一个可移动臂被移动来选择将要连接至所述中心部分的所述环。
4.如权利要求1所述的压力调节器，其还包括可移动构件，所述可移动构件连接至所述梭壳体，所述可移动构件移动至接触所述低压膜片或所述高压膜片以确定所述接触膜片中可挠曲的面积。
5.如权利要求1所述的压力调节器，其中所述梭包括杆和低压底座，并且所述杆可相对于所述低压底座移动以改变所述梭的长度。
6.如权利要求1所述的压力调节器，其还包括流动限制器，所述流动限制器连接至将所述入口连接至所述出口的所述管道。
7.如权利要求1所述的压力调节器，其还包括流动限制器，所述流动限制器定位在所述压力调节器的所述出口与通过压力调节器输送的流体的接收器的流体端口之间。
8.如权利要求1所述的压力调节器，其中所述梭壳体包括第一半部和第二半部，所述第一半部和所述第二伴件可相对于彼此移动以改变所述梭壳体的长度。
9.如权利要求1所述的压力调节器，其还包括多个同心环，所述多个同心环设置在所述高压膜片与至少一个可移动臂之间，所述至少一个可移动臂连接至所述梭壳体，所述至少一个可移动臂被移动来选择若干环以阻挡来确定挠曲的所述高压膜片的面积。
10.一种压力调节器，其具有入口和出口，
其中流动限制器流体连接至所述压力调节器，
其中流体在入口压力下进入所述入口并且在出口压力下离开所述出口，
其中所述入口压力高于出口压力，
其中当所述流体的压力高于所述流动限制器的阈值压力时，所述流动限制器允许所述流体或第二流体通过。
11.如权利要求10所述的压力调节器，其中所述流动限制器包括溢流阀。
12.如权利要求11所述的压力调节器，其中所述流动限制器将所述压力调节器的所述出口流体连接至大气，并且其中所述第二流体包括空气以允许空气通过所述流动限制器传递至所述压力调节器，以防止所述压力调节器内的部分真空。
13.如权利要求11所述的压力调节器，其中所述流动限制器流体连接至所述压力调节器的所述入口，以允许所述流体在所述流体的压力超过所述流动限制器的阈值压力时进入所述压力调节器。
14.如权利要求10所述的压力调节器，其中所述流动限制器包括旁通阀。
15.如权利要求14所述的压力调节器，其中所述旁通阀流体连接至所述压力调节器的所述入口，以允许所述流体在所述流体的压力超过所述旁通阀的阈值压力时进入所述压力调节器，并且以允许所述流体在所述流体的压力小于所述旁通阀的阈值压力时进入所述旁通阀。
16.如权利要求15所述的压力调节器，其中当所述流体的压力超过所述旁通阀的阈值压力时，所述旁通阀关闭。
17.如权利要求15所述的压力调节器，其中所述旁通阀包括膜片，所述膜片连接至阀座，其中所述流体的压力超过所述旁通阀的阈值压力，所述膜片将所述阀座移动至密封位置。
18.一种阀，其包括
入口和出口，
腔室，其流体连接至所述入口并且设置在所述入口与所述出口之间，
可移动梭，其连接至膜片，其中所述梭包括阀座和杆，
其中在关闭构型中，所述腔室与所述出口流体隔离并且所述阀座与所述阀中的密封表面建立密封，并且在打开构型中，所述入口、所述腔室和所述出口彼此流体连接并且所述阀座与所述密封表面间隔开，并且
其中所述梭被手动致动以将所述阀移动至所述打开构型，并且当通过所述阀的流动的压力小于至少由所述膜片施加的压力时，所述阀移动至所述关闭构型。
19.如权利要求18所述的阀，其还包括弹簧，所述弹簧被设置以在所述打开位置中偏置所述膜片。
20.如权利要求18所述的阀，其中在所述打开构型中，所述阀关闭电气开关。
21.一种压力调节器，其包括
可移动梭，其设置在高压膜片、低压膜片之间
梭壳体，其用以容纳所述梭，以及
管道，其将入口连接至出口，其中所述高压膜片位于接近所述入口之处，并且所述低压膜片位于接近所述出口之处
其中所述压力调节器还包括温度敏感部件，所述温度敏感部件设置在所述压力调节器内，以使得当所述压力调节器的温度达到预定水平时，所述温度敏感部件改变所述温度敏感部件的形状以致使所述压力调节器不操作。
22.如权利要求21所述的压力调节器，其中所述温度敏感部件包括形状记忆合金材料、蜡或具有接近所述预定温度的沸腾温度的液体。
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