[发明专利]适合于包括压力调节器和阀的燃料电池系统的流体部件

说明书

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。

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：