專利名稱：兩級混合氣壓調(diào)節(jié)器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總的來說涉及氣壓控制器和設備，更具體的，涉及適于在其中使用的兩級混合氣壓調(diào)節(jié)器。
背景技術：
機械氣壓調(diào)節(jié)器已經(jīng)使用了多年，用于降低當氣體從高壓燃料源流向最終用途氣體消耗設備時的氣壓。一種目前被應用到便攜式電子裝置上的氣體消耗設備是便攜式燃料電池。燃料電池控制著充電之間便攜式電子裝置擴展操作時間的希望，因為它們具有高能量密度，比常規(guī)的可充電電池高10倍。
不幸的是，用于便攜式設備的燃料電池對于通用機械氣體調(diào)節(jié)器可能發(fā)生某些問題。一個問題是，此種燃料電池需要在大范圍供給壓力上維護精確的低氣壓。第二個問題是，未帶負荷的燃料電池可能要求近似零的氣流，而調(diào)節(jié)器仍然必須維持該精確的低氣壓。機械式調(diào)節(jié)器不提供較好的精確度，特別是在近似零氣流時。近來，開發(fā)出了能夠提供燃料電池所需的精確性以及對于流動的低靈敏性的電子調(diào)節(jié)器。然而，當被用于降低標準高壓燃料源到燃料電池所需的精確低壓時，對于多數(shù)便攜式電子應用來說，電子調(diào)節(jié)器需要較多能量。


附隨附圖中，相同參考標記在各個附圖中指的是相同或功能相似的元件，附圖和下面的詳細說明一起被結合到說明書中并形成說明書的一部分，這些附圖用于進一步顯示不同的實施例，并說明根據(jù)本發(fā)明的不同原理以及優(yōu)點。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例兩級混合氣壓調(diào)節(jié)器的框圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的連接到供氣以及電力負荷的示范性燃料電池系統(tǒng)的框圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的、具有多個電子第二級的兩級混合氣壓調(diào)節(jié)器的示范替換實施例的框圖。
具體實施例方式
提供本公開從而進一步以開放方式說明實現(xiàn)和使用根據(jù)本發(fā)明的不同實施例的最佳模式。進一步提供本公開從而增強對本發(fā)明的發(fā)明原理以及優(yōu)點的理解和評價，而不是以任何方式限制本發(fā)明。本發(fā)明僅由附隨的權利要求限定，包括本申請未決期間做出的任何修正、以及公布的權利要求的所有等效物。
術語“一個”，如在此使用的，定義為一個或多于一個。術語“多個”，如在此使用的，定義為兩個或多于兩個。術語“另一個”，如在此使用的，定義為至少第二個或更多。術語“包括”和/或“具有”，如在此使用的，定義為包含(即開放語言)。術語“連接”，如在此使用的，定義為連接，雖然不必是直接的或機械的。術語“程序”，如在此使用的，定義為設計用于在計算機系統(tǒng)上執(zhí)行的指令序列。程序或計算機程序可包括子程序、函數(shù)、程序、對象方法、對象實現(xiàn)、可執(zhí)行應用程序、JAVA程序、伺服程序、源代碼、目標代碼、共享庫/動態(tài)裝載庫和/或其他設計用于在計算機系統(tǒng)上執(zhí)行的指令序列。
本公開論述了一種用于調(diào)節(jié)燃料電池和其它類似設備的氣體供應的設備，該設備有利的在包括近似零流速的所有期望氣流速率提供必需的壓力精度，同時操作在用于便攜式電子應用的足夠低的功率電平或能量消耗率。
參考圖1，該框圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的示范兩級混合氣壓調(diào)節(jié)器100，其包括供氣輸入106，供氣輸入106連接到具有第一級輸出108的機械第一級102。第一級輸出108連接到具有第二級輸出110的電子第二級104。機械第一級102優(yōu)選的包括通用彈簧閥，例如單向閥，如由新柏林西自由巷17400，WI53146的Airtrol Components Inc.制造的R800系列調(diào)節(jié)器閥。電子第二級104優(yōu)選的包括微電機(micromachined)壓力調(diào)節(jié)器，其包括微電機閥和微控制器。此種微電機壓力調(diào)節(jié)器的一個例子是1619Neptune Drive，San Leandro，CA94577的TiNi Alloy Company公司制造的TiNi微閥。應當理解，可將其它類似類型的機械和電子調(diào)節(jié)器閥用于機械第一級102和電子第二級104。
當被應用到燃料電池系統(tǒng)時，機械第一級102以及電子第二級104的組合產(chǎn)生了有益的結果，如下面將進一步說明的。首先，用于便攜式應用設備的燃料電池要求精確受控的氣壓，例如用于正常操作的0.5至1.0磅/平方英寸(0.34至0.69牛頓/平方厘米)。其次，燃料電池要求甚至當近似零的氣流通過調(diào)節(jié)器(當燃料電池沒有電力負荷操作時會發(fā)生)時，也要精確的維持該壓力。兩級機械式調(diào)節(jié)器可為燃料電池在額定操作氣流條件下提供充足的精確性。然而在近似零氣流情況下，兩極機械式調(diào)節(jié)器喪失精確度到了對于便攜式應用的燃料電池來說不可接受的程度。
另一方面，電子調(diào)節(jié)器能夠在近似零氣流時維持足夠的精確性。不幸的是，電子調(diào)節(jié)器消耗太多能量，例如，當操作在通常由已知燃料電池供氣系統(tǒng)(諸如氫化物燃料系統(tǒng))提供的高入口壓力時，是一瓦特。
根據(jù)本發(fā)明的機械式第一級102和電子第二級104組合的優(yōu)點是，機械式第一級102提供了從最大供給壓力(例如200磅/平方英寸(138牛頓/平方厘米))到降低的中間壓力級別(例如20磅/平方英寸(13.8牛頓/平方厘米))的粗調(diào)整。降低的中間壓力級別允許電子第二級104操作在低得多的功率電平，例如100毫瓦，從而更適于便攜式電子裝置，同時維持所需的精確度。該組合的第二個優(yōu)點在于，機械式第一級102不必非常精確，允許機械式第一級102使用便宜的結構，例如簡單的彈簧閥或單向閥。第三個優(yōu)點在于，電子第二級104可以和機械式第一級102物理分離，從而促進了超微化。例如，機械式第一級102可直接連接到儲氫罐，而電子第二級104可直接連接到燃料電池?？梢允褂贸Ｒ?guī)管材，例如銅管連接這兩級。在一個實施例中，電子第二級104優(yōu)選的包括連接到燃料電池通風系統(tǒng)(plenum)的微電機閥。
參考圖2，框圖200顯示了根據(jù)本發(fā)明的示范燃料電池系統(tǒng)，它連接到氣體供應206以及電力負載208。該燃料電池系統(tǒng)包括兩級混合氣壓調(diào)節(jié)器100，其通過第二級輸出110連接到常規(guī)氣體動力(gas-powered)燃料電池202，例如在2001年7月31日授權給Kelley等的美國專利6268077以及2000年10月3日授權給Pratt等的美國專利6127058中說明的燃料電池或燃料電池系統(tǒng)之一，在此上述專利都轉讓給相同受讓人。應當理解，也可將其它類似燃料電池用于燃料電池202。
參考圖3，該框圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的兩級混合氣壓調(diào)節(jié)器的示范替換實施例300，其包括多個電子第二級302，304，306。該多個電子第二級302，304，306有利的允許對電池組或陣列中對應的多個燃料電池(未示出)進行直接、獨立的氣壓調(diào)節(jié)，同時僅使用一個機械式第一級102。該配置還有利的將機械式第一級102與多個電子第二級302-306分離，該分離對于最佳超微化可能是必需的。雖然圖3顯示三個電子第二級302-306，應當理解根據(jù)本發(fā)明可使用任意數(shù)目的電子第二級。
因此，從上述公開中可以看出，本發(fā)明提供了一種用于調(diào)節(jié)為燃料電池和其它類似設備供氣的設備。有利的，該設備在所有期望氣流提供必要的精確性，同時對于便攜式電子應用操作在非常低的功率電平。
本公開試圖解釋怎樣制造和使用根據(jù)本發(fā)明的不同實施例，而非限制本發(fā)明真實的、期望的以及公平的范圍和精神。上述說明不是窮舉的，也不是將本發(fā)明限制在公開的精確形式之中。根據(jù)上述教導可以作出修改和變化。選擇并描述實施例從而對本發(fā)明原理及實際應用給出最佳說明，并使本領域普通技術人員使用本發(fā)明的不同實施例以及適于期望的特定用途的不同修改。當根據(jù)公正、合法以及合理授權的權利要求的寬度來解釋時，所有這些修改和改變都在附隨權利要求及其等同物所確定的本發(fā)明的范圍內(nèi)，權利要求在本申請未決期間可能修改。
權利要求
1.一種兩級氣壓調(diào)節(jié)器，包括機械第一級；以及電子第二級。
2.根據(jù)權利要求1的氣壓調(diào)節(jié)器，其中，所述第二級包括微電機壓力調(diào)節(jié)器。
3.根據(jù)權利要求1的氣壓調(diào)節(jié)器，其中，所述第二級包括微電機壓力調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器包括微電機閥和微控制器。
4.根據(jù)權利要求1的氣壓調(diào)節(jié)器，其中，所述第二級和第一級是物理分離的。
5.根據(jù)權利要求1的氣壓調(diào)節(jié)器，進一步包括多個電子第二級。
6.根據(jù)權利要求1的氣壓調(diào)節(jié)器，進一步包括多個電子第二級，該多個電子第二級和第一級物理分離。
7.一種氣壓調(diào)節(jié)器，包括包括彈簧閥的機械第一級；以及包括微電機壓力調(diào)節(jié)器的電子第二級。
8.根據(jù)權利要求7的氣壓調(diào)節(jié)器，進一步包括多個電子第二級，該多個電子第二級包括微電機壓力調(diào)節(jié)器，該微電機壓力調(diào)節(jié)器包括微電機閥和微控制器，該多個電子第二級和第一級物理分離。
9.一種便攜式燃料電池系統(tǒng)，包括燃料電池；以及兩級氣壓調(diào)節(jié)器，其包括機械第一級；以及電子第二級。
10.根據(jù)權利要求9的便攜式燃料電池系統(tǒng)，其中，所述第一級包括彈簧閥，以及，所述第二級包括微電機壓力調(diào)節(jié)器，該微電機壓力調(diào)節(jié)器包括微電機閥和微控制器，所述第二級和第一級是物理分離的。
全文摘要
氣壓調(diào)節(jié)器(100)包括機械式第一級(102)，其優(yōu)選的包含彈簧閥；還包括電子第二級(104)，其優(yōu)選的包含微電機壓力調(diào)節(jié)器。機械式第一級和電子第二級的組合適用于當為低功率燃料電池系統(tǒng)提供燃料時，遇到的近似零流速時相對精確的低壓，同時具有合理的能耗率。
文檔編號F24F11/00GK1675789SQ03819265
公開日2005年9月28日 申請日期2003年7月31日 優(yōu)先權日2002年8月15日
發(fā)明者羅納德·J·凱利, 斯蒂文·D·普拉特, 西瓦庫馬·穆圖斯瓦米, 羅伯特·潘尼斯 申請人:摩托羅拉公司