CN112943940B - 一种空气背压阀与一种燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空气背压阀与一种燃料电池系统，空气背压阀包括：阀体、阀芯、阀杆、回位弹性件和驱动部件，阀体包括进气口、出气口和连通进气口和出气口的流道，流道内壁设有台阶段，台阶段的端部开口为阀口，阀芯位于阀口端面外侧并相对台阶段滑动布置，阀芯用于封闭和打开阀口，阀杆与阀芯固连，驱动部件通过阀杆带动阀芯相对台阶段往复滑动，当阀芯滑动至打开阀口并且距离阀口最远的位置时，阀口与阀芯之间的流通截面为流道内的最小流通截面，回位弹性件用于驱动阀芯封闭阀口。本发明的阀芯通过直线往复移动的方式对空气背压阀的流道进行开闭操作，因此，阀芯与阀口之间不会存在卡滞，不仅具有良好的密封性能，而且更加易于破冰和开闭操作。

Description

一种空气背压阀与一种燃料电池系统
技术领域
本发明涉及燃料电池系统技术领域，尤其涉及一种空气背压阀与一种燃料电池系统。
背景技术
燃料电池系统中空气路背压阀用于实现在运行过程中调节空气路压力和系统停机后空气路封闭。氢燃料电池系统的空气背压阀需要满足以下要求：
1)、具有宽广的压力调节范围，满足电堆所需的空气压力需求；
2)、满足系统停机后的密封要求，燃料电池系统停机后，需将系统的空气路进行密封，防止外界空气进入电堆内对电堆进行损坏；
3)、低温时易于启动，具有“破冰”功能。燃料电池系统在0℃以下启动时，背压阀流道内的残留水会结冰从而对背压阀的成功开启造成阻力，因此，背压阀需要有足够的开启力克服结冰阻力使其能正常开启；
4)、外壳具有绝缘功能。一般情况下，背压阀直接安装在电堆的端板上，因为湿蒸汽介质经过电堆后会带电，湿蒸汽介质与阀外壳接触，如果背压阀外壳不具有绝缘功能，会导致系统出现绝缘故障；
5)、可靠性高，寿命长。
现行的氢燃料电池系统中大部分采用节气门控制气体的排放，通过控制节气门的阀片转动角度来调节排气流阻，从而控制空气路压力。但是节气门为蝶阀，此种控制方式存在密封性差和不能满足低温启动要求的缺点。若系统停机时阀片完全闭合且密封良好，则阀片与阀本体之间会存在卡滞，不易于阀片的“破冰”，若阀片与阀本体之间不存在卡滞，阀片与阀本体之间存在间隙，则无法满足密封性要求。
因此，如何提供一种密封性好且易于开闭的空气背压阀，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种空气背压阀，该空气背压阀密封性好且易于开闭，满足燃料电池系统的使用要求。
本发明的另一个目的在于提供一种包括上述空气背压阀的燃料电池系统。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供了一种空气背压阀，该空气背压阀包括：阀体、阀芯、阀杆、回位弹性件和驱动部件，所述阀体包括进气口、出气口以及连通所述进气口和所述出气口的流道，所述流道内壁设有台阶段，所述台阶段的端部开口为阀口，所述阀芯位于所述阀口的端面外侧并且相对所述台阶段滑动布置，所述阀芯用于封闭和打开所述阀口，所述阀杆与所述阀芯固连，所述驱动部件通过所述阀杆带动所述阀芯相对所述台阶段往复滑动，当所述阀芯滑动至打开所述阀口并且距离所述阀口最远的位置时，所述阀口与所述阀芯之间的流通截面为所述流道内的最小流通截面，所述回位弹性件用于驱动所述阀芯封闭所述阀口。
优选地，所述台阶段朝向所述出气口的一端开口为所述阀口，所述阀口与所述出气口之间的所述流道形成供所述阀芯往复运动的运动空间，所述阀芯为能够覆盖所述阀口的板状结构。
优选地，所述阀芯为圆形板结构，所述阀杆连接于所述阀芯的板面中心。
优选地，所述阀杆垂直连接于所述阀芯的板面，所述阀杆沿所述台阶段的轴向延伸布置。
优选地，所述阀芯用于封闭所述阀口的一侧表面设有密封胶圈。
优选地，所述阀芯为板状结构，所述阀芯的周向设有多个贯穿所述阀芯的注塑通孔，所述密封胶圈通过所述注塑通孔一体注塑成型固定于所述阀芯的外缘。
优选地，所述密封胶圈的材质为硅橡胶或三元乙丙橡胶。
优选地，所述密封胶圈的材质包含疏水性辅料，和/或，所述密封胶圈的表面设有疏水材料层。
优选地，所述阀体固定有与所述阀杆外周滑动配合的导向套。
优选地，所述阀杆的一端连接于所述阀芯且另一端通过传动机构连接于所述驱动部件。
优选地，所述驱动部件为旋转驱动部件，所述传动机构包括减速增扭传动机构和往复移动传动机构，所述减速增扭传动机构的输出轴连接有所述往复移动传动机构，所述往复移动传动机构连接于所述阀杆，所述往复移动传动机构用于将所述输出轴的旋转运动转化为所述阀杆的往复平移运动。
优选地，所述驱动部件为电机，所述减速增扭传动机构为齿轮减速传动机构，所述往复移动传动机构包括连接于所述输出轴末端的偏心轮以及连接于所述阀杆末端的阀块，所述阀块设有供所述偏心轮转动的凹槽。
优选地，本发明提供的空气背压阀还包括用于检测所述空气背压阀的开度的开度检测装置。
优选地，所述驱动部件的输出端为旋转运动件，所述开度检测装置包括跟随所述驱动部件的输出端一同转动的磁钢以及用于检测所述磁钢的旋转角度的磁传感器。
优选地，所述回位弹性件为套设在所述阀杆外周的回位弹簧，所述回位弹簧的一端作用于所述阀体且另一端作用于所述阀杆。
优选地，所述阀体的材质为绝缘树脂材料。
优选地，所述阀芯相对所述台阶段滑动的方向与所述阀口的轴向平行或相互倾斜。
本发明提供的空气背压阀，包括：阀体、阀芯、阀杆、回位弹性件和驱动部件，阀体包括进气口、出气口和连通进气口和出气口的流道，流道内壁设有台阶段，台阶段的端部开口为阀口，阀芯位于所述阀口的端面外侧并且相对台阶段滑动布置，阀芯用于封闭和打开阀口，阀杆与阀芯固连，驱动部件通过阀杆带动阀芯相对台阶段往复滑动，当阀芯滑动至打开阀口并且距离阀口最远的位置时，阀口与阀芯之间的流通截面为流道内的最小流通截面，回位弹性件用于驱动阀芯封闭阀口。
本发明的工作原理如下：空气背压阀在关闭时，阀芯在回位弹性件的弹力作用下封闭台阶段的阀口；当需要打开空气背压阀时，驱动部件克服回位弹性件的弹力，并通过阀杆带动阀芯相对台阶段滑动，从而使阀芯打开台阶段的阀口，通过改变驱动部件的输出行程可以调节阀芯到阀口端面的距离，从而调节流通截面大小，进而调节空气背压阀的开度大小。可见，本发明利用驱动部件驱动阀芯进行直线运动，通过阀芯的直线运动来调节空气背压阀的流阻，从而调节燃料电池系统的空气压力。同时，阀口与阀芯之间的最大流通截面为流道内的最小流通截面，从而使空气背压阀具有宽广的压力调节范围。
相对于现有技术，由于本发明中的阀芯通过直线往复移动的方式对空气背压阀的流道进行开闭操作，因此，阀芯与阀口之间不会存在卡滞，不仅具有良好的密封性能，而且易于开闭操作，满足燃料电池系统的使用要求。
本发明还提供了一种包括上述空气背压阀的燃料电池系统。该燃料电池系统产生的有益效果的推导过程与上述空气背压阀带来的有益效果的推导过程大体类似，故本文不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施例中的空气背压阀的整体结构示意图；
图2为本发明具体实施例中的阀芯处于最大打开行程时的流通截面示意图；
图3为本发明具体实施例中的阀芯和阀杆的剖面示意图；
图4为本发明具体实施例中的阀芯和阀杆的外部结构示意图。
图1至图4中的各项附图标记的含义如下：
1-阀体、2-台阶段、3-进气口、4-流道、5-导向套、6-阀杆、7-阀芯、8-运动空间、9-出气口、10-回位弹簧、11-阀块、12-偏心轮、13-磁钢、14-齿轮减速传动机构、15-驱动部件、16-最大开度流通截面、17-输出轴、21-阀口、71-阀板、72-密封胶圈、73-注塑通孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1至图4，图1为本发明具体实施例中的空气背压阀的整体结构示意图；图2为本发明具体实施例中的阀芯处于最大打开行程时的流通截面示意图；图3为本发明具体实施例中的阀芯和阀杆的剖面示意图；图4为本发明具体实施例中的阀芯和阀杆的外部结构示意图。
本发明提供了一种空气背压阀，包括：阀体1、阀芯7、阀杆6、回位弹性件和驱动部件15，阀体1包括进气口3、出气口9和连通进气口3和出气口9的流道4，流道4的内壁设有台阶段2，台阶段2的端部开口为阀口21，阀芯7位于阀口21的端面外侧并且相对台阶段2滑动布置，阀芯7用于封闭和打开阀口21，阀杆6与阀芯7固连，驱动部件15通过阀杆6带动阀芯7相对台阶段2往复滑动，当阀芯7滑动至打开阀口21并且距离阀口21最远的位置时，阀口21与阀芯7之间的流通截面(即图2中示出的最大开度流通截面16)为流道4内的最小流通截面，回位弹性件用于驱动阀芯7封闭阀口21。
需要说明的是，空气背压阀直接安装在电堆的端板上，在工作过程中，带电的湿蒸汽介质流过空气背压阀的流道4时与阀体1的外壳接触，本发明中的阀体1可采用PPS、PA66、ABS等绝缘树脂材料，具有良好的绝缘效果，满足燃料电池系统对空气背压阀外壳的绝缘的要求，确保燃料电池系统不会产生绝缘故障。
需要说明的是，阀体1内的流道4贯穿阀体1布置，其进气口3和出气口9可以位于阀体1相对的两侧，也可以位于阀体1相邻的两侧，也可以位于阀体1的同一侧。如图1所示，本方案中的进气口3和出气口9分别位于阀体1相邻的两个侧面，且进气口3的进气方向与出气口9的出气方向呈90°夹角，进气口3和出气口9的位置均设有密封圈，用于与外部安装端面连接。
本发明的工作原理如下：空气背压阀在关闭时，阀芯7在回位弹性件的弹力作用下封闭台阶段2的阀口21；当需要打开空气背压阀时，驱动部件15克服回位弹性件的弹力，并通过阀杆6带动阀芯7相对台阶段2滑动，从而使阀芯7打开台阶段2的阀口21，通过改变驱动部件15的输出行程可以调节阀芯7至阀口21端面的距离。可见，本发明利用驱动部件15驱动阀芯7进行直线运动，通过阀芯7的直线运动来调节空气背压阀的流阻，从而调节燃料电池系统的空气压力。同时，阀口21与阀芯7之间的最大开度流通截面16为流道4内的最小流通截面，从而使空气背压阀具有宽广的压力调节范围。
相对于现有技术，由于本发明中的阀芯7通过直线往复移动的方式对空气背压阀的流道4进行开闭操作，因此，阀芯7与阀口21之间不会存在卡滞，不仅具有良好的密封性能，而且易于开闭操作，满足燃料电池系统的使用要求。
需要说明的是，本发明中的阀芯7相对台阶段2滑动的方向与阀口21的轴向平行或相互倾斜，也就是说，阀芯7相对台阶段2的滑动方向与阀口21的轴线方向的夹角可以为0°或大于0°的锐角，这两种布置方式均可以实现阀芯7通过直线往复移动的方式对阀口21进行开闭操作。为了使驱动部件15和阀芯7更便于在阀体1内布置，本方案优选将阀芯7相对台阶段2的滑动方向设计为与阀口21的轴线方向平行布置。
需要说明的是，本发明中的阀芯7具体可以设计为多种结构形状，例如板状结构，或者块状结构，等等。阀芯7主要用于相对台阶段2进行往复运动，从而实现对阀口21的封闭和打开。优选地，如图1所示，台阶段2朝向出气口9的一端开口为阀口21，阀口21与出气口9之间的流道4形成供阀芯7往复运动的运动空间8，阀芯7为能够覆盖阀口21的板状结构。具体的，台阶段2端部的阀口21可以设计为圆形开口，或者椭圆形开口，或者方形开口，等等；相应地，阀芯7可以设计为圆形板结构，或者椭圆形板结构，或者方形板结构，等等。优选地，本方案中的台阶段2所在的流道4为圆柱形流道，阀口21为圆形开口，阀芯7为圆形板结构，圆形板结构的直径优选设计为大于阀口21的开口直径，如此设置，阀芯7朝向阀口21的一侧表面就可以抵接于阀口21的外端面，从而提供更加严密的接触面，保证封闭阀口21时的密封性。
需要说明的是，本发明中的阀杆6作为驱动部件15与阀芯7之间的连接部件，可用于传递驱动部件15对阀芯7施加的驱动力，还可以便于回位弹性件对阀芯7施加回位弹力。阀杆6与阀芯7可以有多种连接方式，例如通过螺栓连接，或者通过螺纹连接，或者通过焊接固定，或者将阀芯7与阀杆6设计为一体式结构，等等。优选地，本方案中的阀杆6与阀芯7设计为一体式结构或通过密封焊连接固定。阀杆6与阀芯7的连接位置也会根据阀芯7的不同设计而进行不同的设置，例如，当阀芯7设计为板状结构时，阀杆6可以连接于阀芯7的一侧板面上，也可以连接于阀芯7的边缘。
优选地，本方案中的阀芯7设计为圆形板结构，阀杆6连接于阀芯7的板面中心。如图2和图4所示，阀杆6连接于阀芯7的板面中心位置时，可以将驱动部件15或回位弹性件施加的作用力作用于阀芯7的中心位置，从而可以使阀芯7的表面与阀口21的外端面稳定接触密封，避免阀芯7受力矩影响而发生偏转或偏移。
进一步优选地，阀杆6垂直连接于阀芯7的板面，且阀杆6沿台阶段2的轴向延伸布置，即，阀杆6的延伸方向与台阶段2内的出气方向平行布置，如此设置，可以进一步保证阀芯7能够相对台阶段2平稳的封闭或打开阀口21。
为了进一步保证阀芯7封闭阀口21时的密封性，优选地，本方案在阀芯7用于封闭阀口21的一侧表面设有密封胶圈72，如图3所示。本发明的阀芯7上包含密封胶圈72，且阀芯7在全关时在回位弹性件和驱动部件15的反向力矩的作用下与阀口21的外端面贴紧，将阀口21完全封堵，从而使燃料电池系统停机后具有良好的密封性能。
优选地，阀芯7为板状结构，如图3和图4所示，阀芯7的主体为阀板71，阀板71的周向设有多个贯穿阀板71两侧的注塑通孔73，本文不再限定注塑通孔73的具体数量，密封胶圈72通过注塑通孔73一体注塑成型固定于阀芯7的外缘。具体的，阀板71的两侧设有凸台结构，密封胶圈72通过注塑成型黏贴在阀板71上，密封胶圈72的密封胶材料穿过多个注塑通孔73，从而使阀板71两侧的密封胶材料连成一体，且注塑完成后，凸台结构表面与密封胶圈72表面平齐。
工作时，当空气从进气口3进入流道4并向排气口9排出时，流道4内的高速气流会对阀芯7上的密封胶圈72造成持续的冲击，此种结构方式有助于密封胶圈72更牢固地固定在阀板71上，且流道4内的高速气流不易将密封胶圈72吹落，有利于提高空气背压阀的可靠性。
优选地，密封胶圈72的材质为硅橡胶或三元乙丙橡胶等。进一步优选地，密封胶圈72的材质包含疏水性辅料，和/或，密封胶圈72的表面设有疏水材料层。此种材料设计有助于提高密封胶圈72在水蒸气环境的耐腐蚀性，有利于提高背压阀的可靠性。
优选地，阀体1固定有与阀杆6外周滑动配合的导向套5。如图1所示，阀体1包括用于空气流经的流道4以及用于布置驱动部件15和传动机构的安装腔室，阀杆6的一部分伸入到流道4内且另一部分伸入到安装腔室内，阀体1还设有与阀杆6滑动配合的阀杆安装孔，导向套5位于阀杆安装孔内并且套设在阀杆6外周，从而对阀杆6起到密封和滑动支撑导向的作用，导向套5与阀杆6的滑动配合接触面为密封接触面，保证空气背压阀流道4内的空气不会发生泄漏，保证空气背压阀能够正常工作。导向套5具体可以通过过盈配合的方式或一体成型的方式等固定方式固定设置于阀体1，本文不再赘述。
需要说明的是，本发明可以根据驱动部件15的不同形式来设计阀杆6与驱动部件15的连接关系，例如，当驱动部件15为直线驱动部件时，即，驱动部件15能够直接输出直线往复运动时，阀杆6可以直接连接于驱动部件15的输出端；当驱动部件15为旋转驱动部件时，即，驱动部件15的输出端的运动方式为旋转运动，此时，阀杆6可以通过各种形式的传动机构与驱动部件15相连。优选地，本方案中的阀杆6的一端连接于阀芯7且另一端通过传动机构连接于驱动部件15。本方案可以通过设计不同种形式的传动机构来达到减速增扭和转换驱动方向的目的，从而改变驱动方向以及增加施加到阀芯7上的作用力。
优选地，本方案中的驱动部件15为旋转驱动部件，传动机构包括减速增扭传动机构和往复移动传动机构，减速增扭传动机构的输入轴连接于驱动部件15，减速增扭传动机构的输出轴17连接有往复移动传动机构，往复移动传动机构连接于阀杆6，往复移动传动机构用于将输出轴17的旋转运动转化为阀杆6的往复平移运动。
在燃料电池系统低温启动时，本发明中通过减速增扭传动机构来增加对阀芯7施加的驱动力，从而使阀芯7更易于打开或封闭阀口21，即，使空气背压阀更易于进行破冰操作。
需要说明的是，上述旋转驱动部件具有多种实现形式，例如采用传统的电机或步进电机等。减速增扭传动机构也有多种实现方案，例如采用齿轮减速传动机构，或者采用齿轮齿条减速传动机构，或者采用涡轮蜗杆减速传动机构，等等。往复移动传动机构也有多种实现方案，例如采用偏心轮传动机构，或者采用曲柄摇杆传动机构，或者采用蜗轮蜗杆传动机构，或者采用齿轮齿条传动机构，或者采用螺母丝杆传动机构，等等。优选地，本方案中的驱动部件15为电机，减速增扭传动机构为齿轮减速传动机构14，往复移动传动机构采用偏心轮传动机构，往复移动传动机构具体包括连接于输出轴17末端的偏心轮12以及连接于阀杆6末端的阀块11，阀块11设有供偏心轮12转动的凹槽。
工作时，齿轮减速传动机构14将驱动部件15(电机)输出的扭矩进行放大，输出轴17带动偏心轮12进行转动，偏心轮12在转动过程中接触并推动阀块11的凹槽侧壁，从而带动阀块11沿阀杆6的轴向进行往复直线运动，进而实现对阀芯7的开闭控制。
优选地，本发明提供的空气背压阀还包括用于检测空气背压阀的开度的开度检测装置。开度检测装置可以连接于燃料电池系统的控制器，从而将阀芯7的开度实时反馈至控制器，基于此，空气背压阀可以和燃料电池系统控制器配合使用，从而实现对空气背压阀的开度进行闭环控制。
需要说明的是，上述开度检测装置可以有多种实现形式，例如采用位移传感器直接检测阀芯7或阀杆6的运动行程，或者采用霍尔传感器检测旋转驱动部件或传动机构中旋转运动件的旋转角度，再计算出旋转角度对应的直线运动距离，等等。优选地，本方案中的驱动部件15的输出端为旋转运动件，开度检测装置包括跟随驱动部件15的输出端一同转动的磁钢13以及用于检测磁钢13的旋转角度的磁传感器。具体的，本方案在齿轮减速传动机构14的输出轴17或传动齿轮上设置有磁钢13，磁钢13跟随驱动部件15一同转动，磁传感器可固定于阀体1上并且与磁钢13相对布置。当磁钢13转动时，磁钢13与磁传感器之间的磁场发生变化，从而可通过磁传感器检测到磁钢13的运动距离或旋转角度，进而检测到驱动部件15或传动齿轮的旋转角度，再通过驱动部件15至阀芯7的传动机构的传动比等计算出阀芯7的直线运动距离，即，对应得到阀芯7的开度信息。
需要说明的是，本发明中的回位弹性件用于为阀芯7提供封闭阀口21的弹力，回位弹性件具体可以采用弹簧、弹力绳或金属弹片等结构，优选地，本方案中的回位弹性件为套设在阀杆6外周的回位弹簧10，回位弹簧10的一端作用于阀体1且另一端作用于阀杆6。
在燃料电池系统停机后，需要对空气路进行封闭，此时，空气背压阀在燃料电池系统控制器的指令下处于全关状态，本发明中的阀芯7在全关时在回位弹簧10和驱动部件15的反向力矩的作用下与台阶段2贴紧，将阀口21完全封堵，从而使燃料电池系统停机后具有良好的密封性能。
本发明提供的空气背压阀在全开时，阀杆6在驱动部件15的作用下运动至最大行程，阀芯7与阀体6在阀芯7运动方向的截面积为空气背压阀流道4内的所有截面的最小截面，即，阀口21与阀芯7之间的最大开度流通截面16为流道4内的最小流通截面。由流体力学中的节流可知，空气在整个流道4的流阻主要取决于流道4的最小流通面积，因此，要想对空气背压阀的流阻有很好的调节作用，阀芯7与阀体1在阀芯7运动方向的截面积(即阀口21与阀芯7之间的流通截面积)在整个运动行程内必须始终为最小截面积，否则，当阀芯7运动至一定开度后，即使继续增加开度，流阻变化也不会明显。本发明正是基于此原理设计流道4以及阀芯7与阀口21之间的关系，从而使空气背压阀具有宽广的压力调节范围。
本发明还提供了一种包括上述空气背压阀的燃料电池系统。该燃料电池系统产生的有益效果的推导过程与上述空气背压阀带来的有益效果的推导过程大体类似，故本文不再赘述。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的空气背压阀利用驱动部件15驱动阀芯7进行直线运动，通过阀芯7的直线运动来调节空气背压阀的流阻，避免阀芯7与阀口21之间产生卡滞，从而调节燃料电池系统的空气压力，易于封闭和打开阀口21；阀芯7在关闭阀口21时与阀口21的端面平面接触，这种结构更易于破冰和避免卡滞；
(2)本发明在阀芯7上设置有密封胶圈72，确保阀芯7在全关时具有良好的密封性能，且阀芯7具有良好的可靠性；
(3)本发明还在电机与阀杆6之间设置齿轮减速传动机构14，具有增强扭矩的作用，使空气背压阀的破冰能力进一步增强；
(4)本发明将阀口21与阀芯7之间的流通截面设计为整个流道4内的最小流通截面，确保空气背压阀具有宽广的压力调节范围；
(5)本发明在阀芯7的阀板71周向上设计多个注塑通孔73，并将密封胶圈72通过注塑通孔73一体注塑成型固定于阀芯7的外缘，有助于密封胶圈72更牢固地固定在阀板71上，且流道4内的高速气流不易将密封胶圈72吹落，有利于提高密封背压阀的可靠性；
(6)本发明的阀芯7上的密封胶圈72的材质为硅橡胶或三元乙丙橡胶等，且包含疏水性辅料或表面设有疏水材料层，此种材料设计有助于提高密封胶圈72在水蒸气环境的耐腐蚀性，有利于提高空气背压阀的可靠性；
(7)本发明的阀体1为PPS等绝缘树脂材料，具有良好的绝缘效果，满足燃料电池系统对空气背压阀外壳的绝缘的要求。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (18)

1.一种空气背压阀，其特征在于，包括：阀体(1)、阀芯(7)、阀杆(6)、回位弹性件和驱动部件(15)，所述阀体(1)包括进气口(3)、出气口(9)以及连通所述进气口(3)和所述出气口(9)的流道(4)，所述流道(4)内壁设有台阶段(2)，所述台阶段(2)的端部开口为阀口(21)，所述阀芯(7)位于所述阀口(21)的端面外侧并且相对所述台阶段(2)滑动布置，所述阀芯(7)用于封闭和打开所述阀口(21)，所述阀杆(6)与所述阀芯(7)固连，所述驱动部件(15)通过所述阀杆(6)带动所述阀芯(7)相对所述台阶段(2)往复滑动，通过改变驱动部件的输出行程可以调节阀芯到阀口端面的距离，从而调节流通截面大小，通过阀芯的直线运动来调节空气背压阀的流阻，空气在整个流道的流阻主要取决于流道的最小流通面积，实现当所述阀芯(7)滑动至打开所述阀口(21)并且距离所述阀口(21)最远的位置时，所述阀口(21)与所述阀芯(7)之间的流通截面为所述流道(4)内的最小流通截面，所述阀口与阀芯之间的流通截面积在整个运动行程内必须始终小于所述流道内各处的流通截面积，所述回位弹性件用于驱动所述阀芯(7)封闭所述阀口(21)。
2.根据权利要求1所述的空气背压阀，其特征在于，所述台阶段(2)朝向所述出气口(9)的一端开口为所述阀口(21)，所述阀口(21)与所述出气口(9)之间的所述流道(4)形成供所述阀芯(7)往复运动的运动空间(8)，所述阀芯(7)为能够覆盖所述阀口(21)的板状结构。
3.根据权利要求2所述的空气背压阀，其特征在于，所述阀芯(7)为圆形板结构，所述阀杆(6)连接于所述阀芯(7)的板面中心。
4.根据权利要求3所述的空气背压阀，其特征在于，所述阀杆(6)垂直连接于所述阀芯(7)的板面，所述阀杆(6)沿所述台阶段(2)的轴向延伸布置。
5.根据权利要求1所述的空气背压阀，其特征在于，所述阀芯(7)用于封闭所述阀口(21)的一侧表面设有密封胶圈(72)。
6.根据权利要求5所述的空气背压阀，其特征在于，所述阀芯(7)为板状结构，所述阀芯(7)的周向设有多个贯穿所述阀芯(7)的注塑通孔(73)，所述密封胶圈(72)通过所述注塑通孔(73)一体注塑成型固定于所述阀芯(7)的外缘。
7.根据权利要求5所述的空气背压阀，其特征在于，所述密封胶圈(72)的材质为硅橡胶或三元乙丙橡胶。
8.根据权利要求7所述的空气背压阀，其特征在于，所述密封胶圈(72)的材质包含疏水性辅料，和/或，所述密封胶圈(72)的表面设有疏水材料层。
9.根据权利要求1所述的空气背压阀，其特征在于，所述阀体(1)固定有与所述阀杆(6)外周滑动配合的导向套(5)。
10.根据权利要求1所述的空气背压阀，其特征在于，所述阀杆(6)的一端连接于所述阀芯(7)且另一端通过传动机构连接于所述驱动部件(15)。
11.根据权利要求10所述的空气背压阀，其特征在于，所述驱动部件(15)为旋转驱动部件，所述传动机构包括减速增扭传动机构和往复移动传动机构，所述减速增扭传动机构的输出轴(17)连接有所述往复移动传动机构，所述往复移动传动机构连接于所述阀杆(6)，所述往复移动传动机构用于将所述输出轴(17)的旋转运动转化为所述阀杆(6)的往复平移运动。
12.根据权利要求11所述的空气背压阀，其特征在于，所述驱动部件(15)为电机，所述减速增扭传动机构为齿轮减速传动机构(14)，所述往复移动传动机构包括连接于所述输出轴(17)末端的偏心轮(12)以及连接于所述阀杆(6)末端的阀块(11)，所述阀块(11)设有供所述偏心轮(12)转动的凹槽。
13.根据权利要求1所述的空气背压阀，其特征在于，还包括用于检测所述空气背压阀的开度的开度检测装置。
14.根据权利要求13所述的空气背压阀，其特征在于，所述驱动部件(15)的输出端为旋转运动件，所述开度检测装置包括跟随所述驱动部件(15)的输出端一同转动的磁钢(13)以及用于检测所述磁钢(13)的旋转角度的磁传感器。
15.根据权利要求1所述的空气背压阀，其特征在于，所述回位弹性件为套设在所述阀杆(6)外周的回位弹簧(10)，所述回位弹簧(10)的一端作用于所述阀体(1)且另一端作用于所述阀杆(6)。
16.根据权利要求1所述的空气背压阀，其特征在于，所述阀体(1)的材质为绝缘树脂材料。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的空气背压阀，其特征在于，所述阀芯(7)相对所述台阶段(2)滑动的方向与所述阀口(21)的轴向平行或相互倾斜。
18.一种燃料电池系统，其特征在于，包括如权利要求1至17中任一项所述的空气背压阀。
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