CN219549674U - 一种压力调节装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种压力调节装置，涉及燃料电池技术领域，该压力调节装置包括阀体、主流道、调压腔、第一阀芯、加压件、第一压力平衡件以及压强调节件，第一压力平衡件接收第一压力、加压件施加的第二压力、以及主流道的出口端的阳极气体施加的第三压力，压强调节件，所述压强调节件被配置为调节所述第二压强，以使第二压强处于预设压差范围内；阀体包括主阀体和导阀体，主阀体内还设有控制腔，导阀体内设有导阀流道，导阀流道内设有第二阀芯，当所述第一压力平衡件的两侧的压力不平衡时，所述第一压力平衡件的两侧的压强差驱动所述第一压力平衡件位移从而驱动所述第二阀芯运动，以改变所述控制腔内的气体压强。

Description

一种压力调节装置

技术领域

本申请涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种压力调节装置。

背景技术

氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。氢燃料电池的反应产物只有水和热能，因此具有无污染、无噪声、发电效率高等优点。

氢燃料电池的基本原理如下：电池的阳极材料和阴极材料之间通过质子交换膜隔开，将氢气送到燃料电池的阳极，经过催化剂的作用，氢原子中的一个电子被分离出来，失去电子的氢离子穿过质子交换膜，到达燃料电池的阴极，质子到达阴极后，与氧原子重新结合为水。而电子是不能通过质子交换膜的，电子只能经外部电路，到达燃料电池的阴极，从而在外部电路中产生电流。

在上述过程中，当电池的阳极压强大于阴极压强时，利于水从质子交换膜的阳极运动到阴极，如此可以输送更多的氢离子到阴极发生电化学反应。现有技术通常采用压强传感器加电动调压阀的方式控制质子交换膜两侧的气体压强差，但是这种方式需要依赖精确的算法以及精密的测量和调压装置才能实现，因此成本较高。并且阳极压强和阴极压强的压强差很难精确控制，由此可能导致质子交换膜被损坏。

实用新型内容

本申请的实施例提供一种压力调节装置，能够避免使用精确的算法和电控装置，从而可降低产品成本，并且能够控制阳极压强和阴极压强的压强差范围。

为达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：

本申请实施例提供一种压力调节装置，用于燃料电池，该压力调节装置包括阀体、主流道、调压腔、第一阀芯、加压件、第一压力平衡件以及压强调节件，主流道和调压腔均形成于阀体内，主流道串接至所述阳极气体输入管路中，被配置为输送阳极气体；所述调压腔与所述阴极气体输入管路连通，被配置为容纳阴极气体；第一阀芯设置于所述主流道内并被配置为通过所述位移调节所述主流道的进口端和出口端的阳极气体的压强差；第一压力平衡件被配置为接收所述阴极气体施加的与第一压强对应的第一压力、所述加压件施加的与第二压强对应的第二压力、以及所述主流道出口端的所述阳极气体施加的与第三压强对应的第三压力，其中所述第一压强与所述第二压强的方向相同，且与所述第三压强的方向相反，所述压强调节件被配置为调节所述第二压强，以使所述第二压强处于预设压差范围内；所述阀体包括主阀体和导阀体，所述主流道设置于所述主阀体内，所述主阀体内还设有控制腔，所述控制腔内的气体压强被配置为控制所述第一阀芯运动；所述调压腔设置于所述导阀体内，所述导阀体内还设有导阀流道，所述导阀流道内设有第二阀芯，所述第二阀芯将所述导阀流道分为第一流道和第二流道，所述控制腔与所述第一流道连通，所述第二流道与所述主流道的出口端连通，以及当所述第一压力平衡件的两侧的压力不平衡时，所述第一压力平衡件的两侧的压强差驱动所述第一压力平衡件位移从而驱动所述第二阀芯运动，以改变所述控制腔内的气体压强，从而驱动所述第一阀芯运动，以改变所述第三压强，直至所述第一压力平衡件两侧的压强达到平衡。

本申请实施例提供的燃料电池，阳极气体输入管路中的氢气由进口端进入主流道，经过第一阀芯时被减压，最终由出口端流出，且出口端的氢气能够对第一压力平衡件施加与第三压强对应的第三压力。阴极气体输入管路中的氧气由调压流体接入孔进入阀体内，并对第一压力平衡件施加与第一压强对应的第一压力。加压件始终对第一压力平衡件施加与第二压强对应的第二压力。当第二压力与第一压力的和等于第三压力时，第一压力平衡件处于平衡状态，第一阀芯的开启程度不变。当阴极气体输入管路中的氧气气压发生变化时，第一压强则会相应发生变化，此时第一压力平衡件的两侧产生压强差，压强差驱动第一阀芯运动，改变第一阀的开启程度，进而改变主流的出口端的流体压强，最终当第一压力平衡件重新回到平衡状态时，第一阀芯的开启程度保持在新的位置。由此，该压力调节装置除了可以对阳极气体输入管路中的氢气进行减压外，还能够使燃料电池的氢气侧压强跟随氧气侧压强进行自动调节，并且该压力调节装置是纯机械式的结构和运动原理，避免了使用精确的算法和电控装置对氢气侧的压强主动调节，从而降低了氢燃料电池的产品成本。并且由于第一压力平衡件平衡后第一压强与第二压强的和等于第三压强，并且第二压强处于预设压差范围内，因此可保证电池的阳极气压与阴极气压始终处于预设压差范围内。

根据本申请的一些实施例，所述控制腔与所述主流道的入口端连通，所述控制腔内设有第二压力平衡件，所述第二压力平衡件与所述第一阀芯连接，且所述第二压力平衡件受到所述控制腔内的阳极气体施加的与第四压强对应的第四压力，所述第一阀芯受到所述主流道的入口端的阳极气体施加的与第五压强对应的第五压力，所述第四压力和所述第五压力方向相反；所述当所述第一压力平衡件的两侧的压力不平衡时，所述第一压力平衡件两侧的压强差驱动所述第一压力平衡件位移从而驱动所述第二阀芯运动，以改变所述控制腔内的气体压强，从而驱动所述第一阀芯运动，包括：当增大所述第一压强时，所述第一压力平衡件两侧的压强差驱动所述第二阀芯的开启程度增大，从而使所述控制腔内的至少一部分流体通过所述导阀流道排出，所述第四压强减小，进而使所述第一阀芯在第五压强的推动下开启程度增大，以增大所述第三压强，直至所述第一压力平衡件两侧的压强达到平衡；当减小所述第一压强时，所述第一压力平衡件两侧的压强差驱动所述第二阀芯的开启程度减小，从而减少所述控制腔内的流体排出，所述主流道入口处的流体进入控制腔内，使所述第四压强升高，推动所述第一阀芯开度变小，以减小所述第三压强，直至所述第一压力平衡件两侧的压强达到平衡。

根据本申请的一些实施例，所述加压件为弹性件，所述弹性件处于压缩状态；所述压强调节件与所述调压腔的侧壁螺纹连接，且一端位于所述调压腔外，另一端位于所述调压腔内，位于所述调压腔内的一端与所述弹性件的一端抵接，所述弹性件的另一端与所述第一压力平衡件抵接，以向所述第一压力平衡件施加弹性压力，旋转所述第一压力平衡件可调整所述弹性件的压缩量。

根据本申请的一些实施例，所述压强调节件内部设有贯穿所述压强调节件两端的阴极气体接入孔，所述阴极气体接入孔与所述调压腔连通，被配置为向所述调压腔内通入所述阴极气体。

根据本申请的一些实施例，所述压强调节件包括螺杆和设置于所述螺杆上的止挡部，所述止挡部位于所述调压腔内，所述弹性件为弹簧，所述弹簧与所述止挡部抵接，所述阴极气体接入孔沿所述螺杆的轴向贯穿所述螺杆。

根据本申请的一些实施例，所述主流道包括第一腔室和第二腔室，所述进口端位于所述第一腔室，所述出口端位于所述第二腔室，所述第一腔室和所述第二腔室通过分隔部隔开，所述分隔部上开设有节流口，所述第一阀芯位于所述第二腔室内且与所述节流口的位置对应，当所述第一压力平衡件带动所述第一阀芯运动时，可改变所述第一阀芯与所述节流口之间的距离。

根据本申请的一些实施例，所述预设压差范围为30千帕～50千帕。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例中的技术方案，下面将对实施例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说明书的一些实施例，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为本申请实施例压力调节装置的截面结构示意图之一；

图2为本申请实施例压力调节装置的截面结构示意图之二；

图3为图2中弹性膜片与阀杆的连接结构示意图；

图4为本申请实施例压力调节装置的截面结构示意图之三；

图5为图4的B部放大图；

图6为本申请实施例的另一种压力调节装置的调压部分的结构示意图；

图7为图6的爆炸图；

图8为图6的俯视图；

图9为图8的A-A剖视图；

图10为本申请实施例的另一种压力调节装置的整体结构剖视图；

图11为本申请实施例的压力调节装置采用先导式结构的剖视图；

图12为本申请实施例燃料电池的结构示意图。

具体实施方式

以下描述提供了本说明书的特定应用场景和要求，目的是使本领域技术人员能够制造和使用本说明书中的内容。对于本领域技术人员来说，对所公开的实施例的各种局部修改是显而易见的，并且在不脱离本说明书的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此，本说明书不限于所示的实施例，而是与权利要求一致的最宽范围。

这里使用的术语仅用于描述特定示例实施例的目的，而不是限制性的。比如，除非上下文另有明确说明，这里所使用的，单数形式“一”，“一个”和“该”也可以包括复数形式。当在本说明书中使用时，术语“包括”、“包含”和/或“含有”意思是指所关联的整数，步骤、操作、元素和/或组件存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或组的存在或在该系统/方法中可以添加其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或组。

考虑到以下描述，本说明书的这些特征和其他特征、以及结构的相关元件的操作和功能、以及部件的组合和制造的经济性可以得到明显提高。参考附图，所有这些形成本说明书的一部分。然而，应该清楚地理解，附图仅用于说明和描述的目的，并不旨在限制本说明书的范围。还应理解，附图未按比例绘制。

下面通过具体的实施例对本申请进行详细说明：

氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。其基本结构和原理如下：电池的阳极材料和阴极材料之间通过质子交换膜隔开，将氢气送到燃料电池的阳极，经过催化剂的作用，氢原子中的一个电子被分离出来，失去电子的氢离子穿过质子交换膜，到达燃料电池的阴极，质子到达阴极后，与氧原子重新结合为水。而电子是不能通过质子交换膜的，电子只能经外部电路，到达燃料电池的阴极，从而在外部电路中产生电流。

在上述反应中，当电池的阳极压强大于阴极压强时，利于水从质子交换膜的阳极运动到阴极，如此可以输送更多的氢离子到阴极发生电化学反应。为了达到上述目的，需要保证电池在使用过程中，在氢气和氧气不断消耗的情况下，还能保持电池的阳极气体压强始终大于阴极气体压强。

燃料电池在使用过程中，会由气源向电池内不断输送氢气和空气(或氧气)，氢气通常由气瓶承装，而气瓶内通常是处于高压状态的氢气，因此刚从气源输出时，其输出气压很大。如果直接通入燃料电池内会对燃料电池内的质子交换膜产生较大的冲击，容易损坏质子交换膜。因此，需要在气源和燃料电池之间设置压力调节装置来降低氢气的气压后再输入燃料电池内。

鉴于此点，本实用新型实施例提供了一种压力调节装置，该压力调节装置除了可以对气瓶出来的氢气进行减压外，还能够使燃料电池的氢气侧压强跟随氧气侧压强进行自动调节。

下面通过具体的实施例对该压力调节装置和燃料电池进行详细说明：

第一方面，本申请实施例提供了一种压力调节装置，如图1所示，该压力调节装置包括阀体1，阀体1内设有主流道11、调压腔12以及压差保持机构，压差保持机构用于连接主流道11和调压腔12，其中调压腔12内的调压流体向压差保持机构施加与第一压强P1对应的第一压力以驱动压差保持机构产生位移，从而调节主流道11内目标流体的压强，使主流道11出口端112的目标流体的压强始终大于所述第一压强P1，且压强差保持在预设压差范围内。

其中，压差保持机构包括第一阀芯13、加压件14以及第一压力平衡件15。主流道11包括进口端111和出口端112，其用于通入目标流体，目标流体即向燃料电池中的阳极输送的阳极气体燃料，如氢气原料。第一阀芯13用于改变主流道11内的流体压强差，使主流道11内的氢气能够降压输出。第一压力平衡件15与所述第一阀芯13连接，用于带动第一阀芯13运动，以控制第一阀芯13的开启程度。阀体1上还设有调压流体接入孔16，调压流体接入孔16用于向所述调压腔12内接入调压流体，当应用于燃料电池时，调压流体可以是向燃料电池内供应的氧化剂或包含氧化剂的阴极气体。例如，当应用于氢燃料电池时，调压流体可以是向氢燃料电池的阴极供应的氧气或包含氧气的阴极气体，如空气。加压件14用于向第一压力平衡件15施加的与第二压强P2对应的第二压力，第二压强P2处于预设压差范围内。调压流体能够向第一压力平衡件15施加可变的且与第一压强P1对应的第一压力，主流道11的出口端112的流体能够向所述第一压力平衡件15施加与第三压强P3对应的第三压力。其中，第二压强P2与第一压强P1的方向相同，且与第三压强P3的方向相反。当第一压力平衡件15的两侧的压力不平衡时，第一压力平衡件15两侧的压强差可驱动第一压力平衡件15产生位移或形变，从而直接或间接驱动第一阀芯13运动，以改变第三压强P3，直至第一压力平衡件15两侧的压力达到平衡。

本申请实施例提供的压力调节装置，当将压力调节装置用于燃料电池时，可将主流道11串接至电池的阳极气体输入管路中，并将调压流体接入孔16与电池的阴极气体输入管路连通。阳极气体输入管路中的氢气由进口端111进入主流道11，经过第一阀芯13时被减压，最终由出口端112流出，且出口端112的氢气能够对第一压力平衡件15施加第三压强P3。阴极气体输入管路中的氧气由调压流体接入孔16进入阀体1内，并对第一压力平衡件15施加第一压强P1。加压件14始终对第一压力平衡件15施加第二压强P2。当第二压强P2与第一压强P1的和等于第三压强P3时，第一压力平衡件15处于平衡状态，第一阀芯13的开启程度不变。当阴极气体输入管路中的氧气气压发生变化时，第一压强P1则会相应发生变化，此时第一压力平衡件15的两侧产生压强差，压强差驱动第一阀芯13运动，改变第一阀芯13的开启程度，进而改变主流道11的出口端112的流体压强，最终当第一压力平衡件15重新回到平衡状态时，第一阀芯13的开启程度保持在

新的位置。由此，该压力调节装置除了可以对阳极气体输入管路中的氢气5进行减压外，还能够对燃料电池的氢气侧压强跟随氧气侧压强进行自动调节，并且该压力调节装置是纯机械式的结构和运动原理，避免了使用精确的算法和电控装置对氢气侧的压强主动调节，从而降低了氢燃料电池的产品成本。并且由于第一压力平衡件15平衡后第一压强P1与第二压强P2的

和等于第三压强P3，并且第二压强P2处于预设压差范围内，因此可保证电0池的阳极气压与阴极气压始终处于预设压差范围内。

具体地，如图1所示，第一压力平衡件15包括相背设置的第一侧151和第二侧152，加压件14用于向第一压力平衡件15的第一侧151施加所述第二压强P2，且调压流体接入孔16与第一压力平衡件15的第一侧151连

通，以使调压流体向第一压力平衡件15的第一侧151施加所述第一压强P1，5第一压力平衡件15的第二侧152与主流道11的出口端112连通，以使主流道11的出口端112的流体向第一压力平衡件15的第二侧152施加第三压强P3。

该压力调节装置的具体工作过程如下：当阴极气体输入管路中的氧气气压增大时，第二压强P2变大，此时第一压力平衡件15的第一侧151所0受到的压强大于第二侧152所受到的压强。两侧的压强差可驱动所述第一

阀芯13的开启程度增大，从而增大了主流道11的出口端112的流体压强。使第一压力平衡件15第二侧152所受压强增大，逐渐接近第一侧151所受到的压强，最终达到新的平衡状态，使主流道11的出口端112的流体压强

稳定在新的压强状态下。反过来，当阴极气体输入管路中的氧气气压减小5时，第二压强P2减小，此时第一压力平衡件15的第一侧151所受到的压强小于第二侧152所受到的压强。两侧的压强差可驱动所述第一阀芯13的开启程度减小，从而减小了主流道11的出口端112的流体压强。使第一压力平衡件15第二侧152所受压强减小，逐渐接近第一侧151所受到的压强，最终达到新的平衡状态，使主流道11的出口端112的流体压强稳定在了新的压强状态下。由此实现了燃料电池的氢气侧压强跟随氧气侧压强的变化而变化的效果，保证电池的阳极气体压强始终大于阴极气体压强。由于第一压力平衡件15处于平衡状态时第二压强P2与第一压强P1的和等于第三压强P3，因此第三压强P3与第一压强P1的差值始终为加压件14施加的第二压强P2。由此，可通过设置加压件14施加的第二压强P2来精确控制阳极压强和阴极压强的压强差。

另外，电池的阳极压强和阴极压强的压强差范围也对电池的性能和寿命有较大的影响。若压强差过大，则质子交换膜容易被挤坏，从而影响电池的使用寿命。若压强差过小，则无法输送更多的氢离子到阴极发生电化学反应，从而影响电池的性能。因此，可以将第二压强P2设置为30千帕～50千帕。从而可保证电池的阳极压强和阴极压强的压强差为30千帕～50千帕。压强差处于这一范围既可以保证质子交换膜不被损坏，保证电池的使用寿命，又可以从阳极输送足够多的氢离子到阴极发生电化学反应，从而保证电池的性能。

第一压力平衡件15的实现方式有多种，在一种可能的实现方式中，第一压力平衡件15可以采用弹性膜片的方式实现。如图2、图3所示，第一压力平衡件15为设置于调压腔12内的弹性膜片，弹性膜片的周边与所述调压腔12的内壁密封连接，将调压腔12分割为上下两部分。调压流体接入孔16与调压腔12的上半部分连通。主流道11的出口端112与调压腔12的下半部分连通。当弹性膜片的第一侧151和第二侧152的压力不平衡时，弹性膜片能够发生弹性形变，从而带动所述第一阀芯13运动，以改变第一阀芯13的开启程度。

例如，当弹性膜片上侧的压强大于下侧的压强时，弹性膜片能够向下发生形变，从而带动第一阀芯13向下运动，使得第一阀芯13的打开幅度增大，从而提高主流道11的出口端112的流体压强。当弹性膜片下侧的压强大于上侧的压强时，弹性膜片能够向上发生形变，从而带动第一阀芯13向上运动，使得第一阀芯13的打开幅度减小，从而降低主流道11的出口端112的流体压强。由于弹性膜片是通过形变的原理实现对第一阀芯13的驱动的，因此调节精度更高。适用于压差调节范围较小的应用场景，并且采用弹性膜片的方案可降低压力调节装置在使用过程中的噪音。

在第二种可能的实现方式中，第一压力平衡件15还可以采用活塞的方式实现。如图4、图5所示，第一压力平衡件15为调节活塞，调节活塞与调压腔12的内壁密封滑动连接，从而使得调节活塞将调压腔12分割为上下两部分，且活塞能够沿着调压腔12的内壁上下移动。调压流体接入孔16与调压腔12的上半部分连通。主流道11的出口端112与调压腔12的下半部分连通。当调节活塞的第一侧151和第二侧152的压力不平衡时，调节活塞能够沿所述调压腔12滑动，从而带动第一阀芯13运动，以改变第一阀芯13的开启程度。

例如，当调节活塞上侧的压强大于下侧的压强时，调节活塞能够向下滑动，从而带动第一阀芯13向下运动，使得第一阀芯13的打开幅度增大，从而提高主流道11的出口端112的流体压强。当调节活塞下侧的压强大于上侧的压强时，调节活塞能够向上滑动，从而带动第一阀芯13向上运动，使得第一阀芯13的打开幅度减小，从而降低主流道11的出口端112的流体压强。由于调节活塞的滑动行程较大，因此该方案适用的压差调节范围较大。

具体地，主流道11的结构可以为图2所示的结构，主流道11包括形成于阀体1内的第一腔室113和第二腔室114，进口端111位于第一腔室113，出口端112位于第二腔室114，第一腔室113和第二腔室114通过分隔部115隔开，分隔部115上开设有节流口116，第一阀芯13位于第二腔室114内且与节流口116的位置对应，当第一压力平衡件15带动所述第一阀芯13向上运动时，可减小第一阀芯13与节流口116之间的距离，使得节流口116的打开幅度减小。当第一压力平衡件15带动第一阀芯13向下运动时，可增大第一阀芯13与节流口116之间的距离，使得节流口116的打开幅度增大。该结构简单，易于实现。

为了将主流道11的出口端112的目标流体引入第一压力平衡件15的第二侧152。如图1所示，可以将第一压力平衡件15的第二侧152与第一阀芯13通过阀杆131连接，并在阀杆131与调压腔12的内壁之间设有密封件132，且密封件132与第一压力平衡件15之间围成压强反馈腔，压强反馈腔与主流道11的出口端112通过压强反馈流道117连通。由此，可准确的将主流道11的出口端112的目标流体压强反馈至压强反馈腔内，从而更精确地控制主流道11的出口端112的目标流体压强。

在第三种可能的实现方式中，第一压力平衡件15还可以采用转动的运动方式带动第一阀芯13开闭。即第一压力平衡件15转动连接于所述调压腔12内，当所述第一压力平衡件15的两侧的压力不平衡时，第一压力平衡件15能够在所述调压腔12内转动，从而带动所述第一阀芯13转动开启，以改变所述第一阀芯13的开启程度。

具体地，如图6、图7、图8、图9所示，调压腔12由盒体12a和盖体12b扣合形成，第一压力平衡件15的第一端153通过转轴121转动连接于调压腔12内，第一压力平衡件15的第二端154与调压腔12的内侧壁密封滑动连接，调压腔12内还设有固定挡件122，固定挡件122的第一端122a与调压腔12的内侧壁固定连接，固定挡件122的第二端122b与第一压力平衡件15的第一端153密封滑动连接，第一压力平衡件15和固定挡件将调压腔12分隔为第一调压空间123和第二调压空间124，第一压力平衡件15内形成有目标流体通道155，所述目标流体通道155的一端与主流道11的出口端112连通，另一端与所述第一调压空间123连通。如图9所示，固定挡件122内形成有调压流体通道1221，所述调压流体通道1221的一端与燃料电池的阴极气体输入管路连通，另一端与第二调压空间124连通。第二调压空间124用于容纳调压流体，加压件14被配置为向第一压力平衡件15施加向第一调压空间123转动的力。如图10所示，第一压力平衡件15的第一端153通过阀杆131与第一阀芯13连接。当第一压力平衡件15转动时，可带动第一阀芯13水平转动，以改变节流口116的大小。由此，可通过第一压力平衡件15转动的运动方式带动第一阀芯13开闭。该结构的调压腔12及其内部零件可以独立于阀体1外设置，因此可便于零部件的维修更换。

需要说明的是，调压腔12的结构可以有多种选择，例如可以为圆柱形腔、扇形腔，或者带有圆弧形侧壁的异形腔。

以下以圆柱形腔为例进行说明，其他形状的调压腔12可类似考虑。

如图6、图8、图10所示，调压腔12为圆柱形腔，转轴121设置于所述圆柱形腔的圆心处且与所述圆柱形腔的底面固定连接，第一压力平衡件15套设于转轴121上。加压件14可以为扭簧或者弹簧、弹片等。当加压件14为扭簧时，扭簧套设于所述转轴121上，且扭簧的一端与转轴121连接，另一端与第一压力平衡件15连接。第一压力平衡件15的第一端153与第一阀芯13连接，当所述第一压力平衡件15转动时，第一压力平衡件15的第一端153带动所述第一阀芯13转动，从而可改变所述第一阀芯13的开启幅度。

目标流体通道155的入口和出口位置可以有多种选择。如图6、图9所示，可以将目标流体通道155的入口设置于第一压力平衡件15的第一端153，将目标流体通道155的出口设置于第一压力平衡件15朝向第一调压空间123的侧面上。另外，也可以将目标流体通道155的入口和出口均设置于调压腔12的侧壁上。

调压流体通道1221的入口和出口位置也可以有多种选择。如图9所示，调压流体通道1221的入口可以位于固定挡件122的顶面或底面，调压流体通道1221的出口可以位于固定挡件122朝向所述第二调压空间124的侧面上。另外，也可以将调压流体通道1221的入口和出口均设置于调压腔12的侧壁上。

第一压力平衡件15与第一阀芯13的连接方式可以有多种。例如在图1、图4所示的结构中，调节活塞与第一阀芯13直接通过阀杆131连接，调节活塞的上下运动可直接带动第一阀芯13上下运动。例如在图2、图3所示的结构中，弹性膜片的上方设有挡板156，下方设有连接块157，挡板156与连接块157通过贯穿弹性膜片的紧固件158连接。连接块157与第一阀芯13通过阀杆131连接。当弹性膜片发生形变时，可带动连接块157发生移动，从而使得阀杆131和第一阀芯13同步移动。

加压件14的作用是给第一压力平衡件15施加处于预设压差范围内的第二压强P2，因此其可以采用弹性件来实现。例如在图2和图4所示的方案中，加压件14可以采用压缩弹簧来实现。当弹簧的压缩量一定时，可持续的给第一压力平衡件15施加弹性压力。因此可通过调节弹簧的压缩量或者更换不同硬度的弹簧来调节第二压强P2。

为了适应不同的应用场景，在一种可能的实现方式中，可以设置压强调节件2来调整弹簧的压缩量，从而实现第二压强P2的调节设定。如图4、图5所示，压强调节件2包括螺杆21。螺杆21与阀体1螺纹连接且上端位于调压腔12外，下端位于调压腔12内。位于调压腔12内的一端设有止挡部22。止挡部22与弹性件的一端抵接，弹性件的另一端与第一压力平衡件15的第一侧151抵接。由此，当旋转螺杆21时，可使螺杆21上下移动，从而调整弹性件的压缩量。例如，当顺时针旋转螺杆21时，可使螺杆21向下移动以增大弹性件的压缩量，从而使第二压强P2增加。当逆时针旋转螺杆21时，可使螺杆21向上移动以减小弹性件的压缩量，使第二压强P2减小。从而实现了精确控制阳极压强和阴极压强的压强差的目的。为了便于转动螺杆21，螺杆21的上端可以设置为便于使用扳手夹紧转动的内六方、外六方或者扁位结构。

调压流体接入孔16也有多种实现方式。例如在图5所示的结构中，可以将调压流体接入孔16开设于螺杆21内，使调压流体接入孔16沿螺杆21的轴向贯穿螺杆21。由此可避免改变阀体1的结构，并且当调压流体接入孔16发生堵塞等问题时，可将螺杆21拆下进行疏通，从而便于维修。

另外，在图2所示的结构中，调压流体接入孔16还可以开设于阀体1的侧壁上。该结构的调压流体接入孔16位置稳定，不会来回移动，从而可使管路的连接更稳固。

在本申请的另一种可能的实现方式中，压力调节装置还可以采用图11所示的结构，该方案的阀体1包括两部分，分别为主阀体10和导阀体20。主阀体10内设有主流道101和控制腔102，控制腔102内的气体压强变化时能够控制第一阀芯13运动。导阀体20内设有调压腔12和导阀流道201，第一压力平衡件15设置于调压腔12内，第一压力平衡件15将调压腔12分割为上下两部分。调压流体接入孔16与调压腔12的上半部分连通，以使调压流体向第一压力平衡件15的上表面施加所述与第一压强P1对应的第一压力。主流道11的出口端112与调压腔12的下半部分连通，以使主流道11的出口端112的流体向第一压力平衡件15的下表面施加与第三压强P3对应的第三压力。加压件14用于向第一压力平衡件15的上表面施加与所述第二压强P2对应的第二压力。

导阀流道201内设有第二阀芯202，第二阀芯202将导阀流道201分为第一流道2011和第二流道2012，控制腔102与第一流道2011通过第一连接流道103连通，第二流道2012与主流道11的出口端112通过反馈流道203连通。当第一压力平衡件15的两侧的压力不平衡时，所述第一压力平衡件15两侧的压差驱动所述第一压力平衡件15位移从而驱动所述第二阀芯运动，以改变第二阀芯的开启程度，由于控制腔102与第一流道连通，因此可改变控制腔102内的气体压强，从而驱动所述第一阀芯13运动，以改变所述第三压强，直至所述第一压力平衡件15两侧的压强达到平衡。该方案将阀体分为了两部分，一部分为导阀，另一部分为主阀，导阀感应主阀的出口压力以及调压腔12内调压流体的压力，根据主阀的出口压力、调压腔12内调压流体的压力以及加压件施加的压力的压力差来调节主阀的控制腔102压力，进而调节主阀的阀芯开度。由此，该方案将导阀和主阀分开，当导阀故障时，可以在主阀不停止工作的情况下检修导阀，从而方便设备维护。另外，由于加压件设置在导阀上，因此在安装时可以将导阀安装在易于操作的位置，主阀的安装位置没有限定，因此可适用于复杂的安装场景。

在上述实施例中，如图11所示，控制腔102与主流道101的入口端111通过第二连接流道104连通，控制腔102内设有第二压力平衡件105，第二压力平衡件105与第一阀芯1313连接，且第二压力平衡件105受到控制腔102内的阳极气体施加的与第四压强P4对应的第四压力，第一阀芯13受到所述主流道101的入口端的阳极气体施加的与第五压强P5对应的第五压力，所述第四压力和所述第五压力方向相反。当增大所述第一压强时，第一压力平衡件15两侧的压差驱动第二阀芯的开启程度增大，从而使所述控制腔102内的至少一部分流体通过所述导阀流道201排出，所述第四压强减小，进而使所述第一阀芯13在第五压力的推动下开启程度增大，以增大所述第三压强，直至所述第一压力平衡件15两侧的压力达到平衡。当减小所述第一压强时，第一压力平衡件15两侧的压差驱动第二阀芯的开启程度减小，从而减少控制腔102内的流体排出，主流道101入口处的流体进入控制腔102内，使第四压强升高，推动第一阀芯13开度变小，以减小第三压强，直至第一压力平衡件15两侧的压力达到平衡。

具体的，如图11所示，所述第二压力平衡件105为弹性膜片，所述弹性膜片设置于所述控制腔102内，所述弹性膜片的周边与所述控制腔102的内壁密封连接，所述控制腔102内的阳极气体向所述弹性膜片的一侧施加所述第四压强，以及当所述弹性膜片的两侧压力不平衡时，所述弹性膜片发生弹性形变，从而带动所述第一阀芯13运动，以改变所述第一阀芯13的所述开启程度。

根据本申请的一些实施例，所述第二压力平衡件105还可以为调节活塞，所述调节活塞与所述控制腔102的内壁密封滑动连接，所述控制腔102内的阳极气体向所述调节活塞的一侧施加所述第四压强，以及当所述调节活塞的两侧的压力不平衡时，所述调节活塞沿所述控制腔102滑动，从而带动所述第一阀芯13运动，以改变所述第一阀芯13的所述开启程度。

第二方面，本申请实施例还提供了一种燃料电池，如图12所示，该燃料电池包括层叠设置的电堆阳极100、电堆阴极200以及冷却层300，电堆阴极200与电堆阳极100之间通过质子交换膜400隔开，阳极气体输入管路500与电堆阳极100连接，用于向电堆阳极100内输入阳极反应气体。阴极气体输入管路600与电堆阴极200连接，用于向电堆阴极200内输入阴极反应气体。在阳极气体输入管路500中串接有上述第一方面任一实施例中的压力调节装置，压力调节装置的主流道11串接至所述阳极气体输入管路中，压力调节装置的调压腔12接入阴极气体输入管路中。

需要说明的是，图12中电堆阳极100、电堆阴极200以及冷却层300的结构可以有多组，图11中右侧省略号和虚线框所示即为多组上述层结构的重复叠加。具体层数可根据对电压的实际需求而定，在此不作限定。

其中，压力调节装置被配置为通过机械方式使燃料电池的电堆阳极的气压跟随电堆阴极的气压的变化而变化，从而使燃料电池的电堆阳极的气压始终大于电堆阴极的气压，并使所述电堆阳极的气压与所述电堆阴极的气压的压差保持在预设压差范围内。

需要说明的是，上述机械方式是指采用机械式的结构和运动原理实现燃料电池的电堆阳极的气压跟随电堆阴极的气压的变化而变化，在此过程中不采用压力传感器来采集阳极的气体压力，也不采用软件控制方式直接对阳极的气体压力进行控制调整。

本申请实施例提供的燃料电池可以为氢燃料电池，从而阳极气体输入管路可以用于输送氢气，阴极气体输入管路可以用于输送氧气或空气。

使用了上述压力调节装置的氢燃料电池，除了可以对阳极气体输入管路中的氢气进行减压外，还能够使燃料电池的氢气侧压强跟随氧气侧压强进行自动调节，并且该压力调节装置是纯机械式的结构和运动原理，避免了使用精确的算法和电控装置对氢气侧的压强主动调节，从而降低了氢燃料电池的产品成本及控制复杂度。另外，还可通过设置压力调节装置中加压件14施加的第二压强P2来精确控制阳极压强和阴极压强的压强差，从而保证氢燃料电池的质子交换膜不被损坏。

需要说明的是，由于氢气通常由气瓶承装，而气瓶内通常是处于高压状态的氢气，因此刚从气源输出时，其输出气压很大。因此，一个压力调节装置的减压范围有限，因此压力调节装置中可采用两级减压或多级减压的结构。

可以理解的是，本申请实施例提供的压力调节装置并不局限于在氢燃料电池中使用，也可以应用于对两个流道的压强差有控制需求的其它场景中。

上述对本说明书特定实施例进行了描述。其他实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者是可能有利的。

综上所述，在阅读本详细公开内容之后，本领域技术人员可以明白，前述详细公开内容可以仅以示例的方式呈现，并且可以不是限制性的。尽管这里没有明确说明，本领域技术人员可以理解本说明书需求囊括对实施例的各种合理改变，改进和修改。这些改变，改进和修改旨在由本说明书提出，并且在本说明书的示例性实施例的精神和范围内。

此外，本说明书中的某些术语已被用于描述本说明书的实施例。例如，“一个实施例”，“实施例”和/或“一些实施例”意味着结合该实施例描述的特定特征，结构或特性可以包括在本说明书的至少一个实施例中。因此，可以强调并且应当理解，在本说明书的各个部分中对“实施例”或“一个实施例”或“替代实施例”的两个或更多个引用不一定都指代相同的实施例。此外，特定特征，结构或特性可以在本说明书的一个或多个实施例中适当地组合。

应当理解，在本说明书的实施例的前述描述中，为了帮助理解一个特征，出于简化本说明书的目的，本说明书将各种特征组合在单个实施例、附图或其描述中。然而，这并不是说这些特征的组合是必须的，本领域技术人员在阅读本说明书的时候完全有可能将其中一部分特征提取出来作为单独的实施例来理解。也就是说，本说明书中的实施例也可以理解为多个次级实施例的整合。而每个次级实施例的内容在于少于单个前述公开实施例的所有特征的时候也是成立的。

本文引用的每个专利，专利申请，专利申请的出版物和其他材料，例如文章，书籍，说明书，出版物，文件，物品等，可以通过引用结合于此。用于所有目的的全部内容，除了与其相关的任何起诉文件历史，可能与本文件不一致或相冲突的任何相同的，或者任何可能对权利要求的最宽范围具有限制性影响的任何相同的起诉文件历史。现在或以后与本文件相关联。举例来说，如果在与任何所包含的材料相关联的术语的描述、定义和/或使用与本文档相关的术语、描述、定义和/或之间存在任何不一致或冲突时，使用本文件中的术语为准。

最后，应理解，本文公开的申请的实施方案是对本说明书的实施方案的原理的说明。其他修改后的实施例也在本说明书的范围内。因此，本说明书披露的实施例仅仅作为示例而非限制。本领域技术人员可以根据本说明书中的实施例采取替代配置来实现本说明书中的申请。因此，本说明书的实施例不限于申请中被精确地描述过的实施例。

Claims (7)

1.一种压力调节装置，用于燃料电池，其特征在于，包括：

阀体；

主流道，形成于所述阀体内，所述主流道串接至所述燃料电池的阳极气体输入管路中，被配置为输送阳极气体；

调压腔，形成于所述阀体内，所述调压腔与所述燃料电池的阴极气体输入管路连通，被配置为容纳阴极气体；

第一阀芯，设置于所述主流道内并被配置为调节所述主流道的进口端和出口端的阳极气体的压强差；

加压件；

第一压力平衡件，接收所述阴极气体施加的与第一压强对应的第一压力、所述加压件施加的与第二压强对应的第二压力、以及所述主流道的出口端的所述阳极气体施加的与第三压强对应的第三压力，其中所述第一压强与所述第二压强的方向相同，且与所述第三压强的方向相反；以及

压强调节件，所述压强调节件被配置为调节所述第二压强，以使所述第二压强处于预设压差范围内；

所述阀体包括：

主阀体，所述主流道设置于所述主阀体内，所述主阀体内还设有控制腔，所述控制腔内的气体压强被配置为控制所述第一阀芯运动，

导阀体，所述调压腔设置于所述导阀体内，所述导阀体内还设有导阀流道，所述导阀流道内设有第二阀芯，所述第二阀芯将所述导阀流道分为第一流道和第二流道，所述控制腔与所述第一流道连通，所述第二流道与所述主流道的出口端连通，以及

当所述第一压力平衡件的两侧的压力不平衡时，所述第一压力平衡件的两侧的压强差驱动所述第一压力平衡件位移从而驱动所述第二阀芯运动，以改变所述控制腔内的气体压强，从而驱动所述第一阀芯运动，以改变所述第三压强，直至所述第一压力平衡件两侧的压强达到平衡。

2.根据权利要求1所述的压力调节装置，其特征在于，

所述控制腔与所述主流道的入口端连通，所述控制腔内设有第二压力平衡件，所述第二压力平衡件与所述第一阀芯连接，且所述第二压力平衡件受到所述控制腔内的阳极气体施加的与第四压强对应的第四压力，所述第一阀芯受到所述主流道的入口端的阳极气体施加的与第五压强对应的第五压力，所述第四压力和所述第五压力方向相反；

所述当所述第一压力平衡件的两侧的压力不平衡时，所述第一压力平衡件两侧的压强差驱动所述第一压力平衡件位移从而驱动所述第二阀芯运动，以改变所述控制腔内的气体压强，从而驱动所述第一阀芯运动，包括：

当增大所述第一压强时，所述第一压力平衡件两侧的压强差驱动所述第二阀芯的开启程度增大，从而使所述控制腔内的至少一部分流体通过所述导阀流道排出，所述第四压强减小，进而使所述第一阀芯在第五压强的推动下开启程度增大，以增大所述第三压强，直至所述第一压力平衡件两侧的压强达到平衡；

当减小所述第一压强时，所述第一压力平衡件两侧的压强差驱动所述第二阀芯的开启程度减小，从而减少所述控制腔内的流体排出，所述主流道入口处的流体进入控制腔内，使所述第四压强升高，推动所述第一阀芯开度变小，以减小所述第三压强，直至所述第一压力平衡件两侧的压强达到平衡。

3.根据权利要求1所述的压力调节装置，其特征在于，

所述加压件为弹性件，所述弹性件处于压缩状态；

所述压强调节件与所述调压腔的侧壁螺纹连接，且一端位于所述调压腔外，另一端位于所述调压腔内，位于所述调压腔内的一端与所述弹性件的一端抵接，所述弹性件的另一端与所述第一压力平衡件抵接，以向所述第一压力平衡件施加弹性压力，旋转所述第一压力平衡件可调整所述弹性件的压缩量。

4.根据权利要求3所述的压力调节装置，其特征在于，所述压强调节件内部设有贯穿所述压强调节件两端的阴极气体接入孔，所述阴极气体接入孔与所述调压腔连通，被配置为向所述调压腔内通入所述阴极气体。

5.根据权利要求4所述的压力调节装置，其特征在于，所述压强调节件包括螺杆和设置于所述螺杆上的止挡部，所述止挡部位于所述调压腔内，所述弹性件为弹簧，所述弹簧与所述止挡部抵接，所述阴极气体接入孔沿所述螺杆的轴向贯穿所述螺杆。

6.根据权利要求1所述的压力调节装置，其特征在于，所述主流道包括第一腔室和第二腔室，所述进口端位于所述第一腔室，所述出口端位于所述第二腔室，所述第一腔室和所述第二腔室通过分隔部隔开，所述分隔部上开设有节流口，所述第一阀芯位于所述第二腔室内且与所述节流口的位置对应，当所述第一压力平衡件带动所述第一阀芯运动时，可改变所述第一阀芯与所述节流口之间的距离。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的压力调节装置，其特征在于，所述预设压差范围为30千帕～50千帕。