具有复合功能的气体控制装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910814750.5 (22)申请日 2019.08.30 (71)申请人 孙军 地址 250000 山东省济南市历下区历山路8 号 (72)发明人 孙军 (74)专利代理机构 济南舜源专利事务所有限公 司 37205 代理人 刘晓政 (51)Int.Cl. H01M 8/04089(2016.01) (54)发明名称 具有复合功能的气体控制装置 (57)摘要 本发明提出了具有复合功能的气体控制装 置， 包括气体喷射调制模块， 能量回收模块， 气体 增压模块， 压力稳定部。

2、件， 气体合成模块， 再循环 管路； 外部高压气源输出的高压力气体经过气体 喷射调制模块处理后， 具有高压力的气体脉冲被 输送至能量回收模块， 能量回收模块将所获得的 能量传递给气体增压模块， 再循环管路将外部低 压力气体处理后输送至气体增压模块的输入端； 第一， 脉冲式能量回收气体增压控制装置具 有复合功能， 利用气体脉冲所释放的能量驱动增 压模块工作， 解决了常规气体增压方案所需要的 外部能量供给难题； 第二， 控制装置基于脉冲式 工作原理， 单工作循环增压排量具有相对明确的 定量关系， 能够在较宽的工作气体流量范围内保 持稳定的工作性能。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 11。

3、0571456 A 2019.12.13 CN 110571456 A 1.具有复合功能的气体控制装置， 其特征在于包括:气体喷射调制模块(6)， 能量回收 模块(81)， 气体增压模块(82)， 压力稳定部件(84)， 气体合成模块(86)， 再循环管路(87)； 外部高压气源输出的高压力气体经过气体喷射调制模块(6)处理后， 具有高压力的气 体脉冲被输送至能量回收模块(81)， 能量回收模块(81)将所获得的能量传递给气体增压模 块(82)， 再循环管路(87)将外部低压力气体处理后输送至气体增压模块(82)的输入端； 气体合成模块(86)的第一输入端连接能量回收模块(81)的输出端， 第。

4、二输入端连接增 压模块(82)的输出端， 在气体合成模块(86)的内部两路输入气体被调节并叠加合成， 气体 合成模块(86)的输出端连接压力稳定部件(84)的输入端， 在压力稳定部件(84)的输出端得 到工作气体。 2.根据权利要求1所述的具有复合功能的气体控制装置， 其特征在于， 所述压力稳定部 件(84)与气体运用设备连接； 气体运用设备的尾气进入再循环管路(87)进行处理， 作为改 进所述增压模块(82)的输入端连接外部独立的气体来源。 3.根据权利要求2所述的具有复合功能的气体控制装置， 其特征在于， 所述外部高压气 源具有压力脉冲和流量脉冲特征的情况下， 所述气体喷射调制模块(6)省。

5、略,即此时外部高 压气源直接进入能量回收模块(81)； 作为另一种方案改进， 外部高压气源经过能量回收模 块(81)后排出释放， 即气体合成模块(86)省略掉。 4.根据权利要求2所述的具有复合功能的气体控制装置， 其特征在于， 所述气体喷射调 制模块(6)包括输入信息(60)、 控制信号单元(61)， 气体调制开关(62)， 高压气体入口(63)， 调制气体出口(64)， 其中输入信息(60)包括所述复合功能气体控制装置的设定流量目标和 压力目标及过程反馈状态信息， 控制信号单元(61)所生成的控制信号连接到调制开关(62) 并驱动调制开关(62)的通断状态,气体喷射调制模块(6)调制后的高。

6、压力气体脉冲从调制 气体出口(64)输出。 5.根据权利要求4所述的具有复合功能的气体控制装置， 其特征在于， 所述能量回收模 块(81)包括壳体(1)和弹性元件(2)， 壳体(1)上设置有减压气体出口(7)， 气体脉冲进口 (8)， 弹性元件(2)为气囊式结构或者膜片式结构， 气囊式结构的弹性元件(2)内部为能量回 收工作腔(9)， 膜片式结构的弹性元件(2)与壳体(1)的凹腔形状相配合以形成能量回收工 作腔(9)； 所述气体喷射调制模块(6)输出的高能量气体经过气体脉冲进口(8)进入能量回收工 作腔(9)的内部并将其能量传递给弹性元件(2)； 减压气体出口(7)设置在能量回收工作腔 (9)。

7、的另一端。 6.根据权利要求5所述的具有复合功能的气体控制装置， 其特征在于， 所述增压模块 (82)包括弹性元件(2)和增压壳体(20)及变形复位元件(3)； 对于气囊式结构的增压模块(82)， 增压壳体(20)内部设置空腔或者凹腔形状， 增压壳 体(20)的空腔用于容纳气囊式结构的弹性元件(2)， 空腔内扣除气囊式结构的弹性元件(2) 的剩余空间作为增压腔(90)； 对于膜片式结构的增压模块(82)， 增压壳体(20)的凹腔与膜片式结构的弹性元件(2) 相配合而构成增压腔(90)； 增压壳体(20)上设置有增压进口单向阀(5)和增压出口单向阀(4)， 外部低压气体可以 通过增压进口单向阀(。

8、5)进入增压腔(90)； 权利要求书 1/2 页 2 CN 110571456 A 2 变形复位元件(3)具有形状自恢复特征， 对于气囊式结构的弹性元件(2)， 变形复位元 件(3)为环形并作用于气囊式结构的弹性元件(2)的外壁； 或者对于膜片式结构的弹性元件 (2)， 变形复位元件(3)的固定端安装连接于增压壳体(20)内部， 其变形端作用于膜片式结 构的弹性元件(2)并具有帮助膜片式结构的弹性元件(2)恢复原状的作用； 作为优化， 变形 复位元件(3)与弹性元件(2)合二为一兼具有弹性变形和自复位特征。 7.根据权利要求6所述的具有复合功能的气体控制装置， 其特征在于， 所述气体合成模 块。

9、(86)包括气体合成模块壳体(70)、 第一气体输入端(71)， 第二气体输入端(72)， 多端口合 成腔体(73)， 自调节元件(76)， 合成气体出口(77)； 其中， 多端口合成腔体(73)分别联通第 一气体输入端(71)， 第二气体输入端(72)及合成气体出口(77)， 自调节元件(76)位于多端 口合成腔体(73)内部， 通过第一气体输入端(71)和第二气体输入端(72)分别进入多端口合 成腔体(73)的气流同时作用于自调节元件(76)， 自调节元件(76)自动平衡来自第一输入端 71和第二输入端72的两路脉动气流进行叠加合成并阻止多端口合成腔体(73)内的气体回 流至第一气体输入端。

10、(71)或者第二气体输入端(72)。 8.根据权利要求7所述的具有复合功能的气体控制装置， 其特征在于能量回收工作腔 (9)仅设置有一个气体进出双向通道， 此为单一气体进出口能量回收腔,来自能量回收工作 腔外部的高压力气体脉冲通过该双向通道进入其内部， 能量回收工作腔内部的气体也通过 该双向通道排出， 此气体进入与排出过程以分时方式运行。 9.根据权利要求8所述的具有复合功能的气体控制装置， 其特征在于， 为获得更高增压 压力， 设置级联气体缓冲器(40)， 低一级增压模块(A)的增压出口单向阀(4)连接该级联气 体缓冲器(40)的输入端， 经过低一级增压模块(A)增压后的气体进入级联气体缓冲。

11、器(40) 内部进行缓冲和暂存,级联气体缓冲器(40)的输出端连接至高一级增压模块(B)的级联进 口单向阀(45)， 高一级增压模块(B)利用其级联增压腔(49)实现第二次增压， 所获得的更高 压力的增压后气体从级联增压出口(44)输出。 10.根据权利要求9所述的具有复合功能的气体控制装置， 其特征在于， 所述单一气体 进出口能量回收腔包括转接壳体(50)， 设在转接壳体(50)上的气体脉冲进口(8)、 减压气体 出口(7)、 双向通道(58)， 气体脉冲进口(8)通过自复位阀与减压气体出口(7)、 双向通道 (58)贯通连接， 双向通道(58)与能量回收工作腔(9)联通,自复位阀包括自复位。

12、阀座(51)和 自复位阀芯(52)， 自复位阀座(51)设置在转接壳体(50)内部， 当高压力气体经过气体脉冲 进口(8)流入时， 高压力气体首先作用于自复位阀并使其处于动作状态， 此状态下减压气体 出口(7)被关闭， 同时气体脉冲经过双向通道(58)流入能量回收工作腔(9)； 当高压力气体 脉冲结束之后， 自复位阀恢复常态并将气体脉冲进口(8)关闭， 同时能量回收工作腔(9)经 过双向通道(58)与减压气体出口(7)联通。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110571456 A 3 具有复合功能的气体控制装置 技术领域 0001 本发明涉及气体能量回收技术领域,具体为对储存高压气体减压过程。

13、中释放能 量、 发动机排出尾气的能量进行回收， 特别是指具有复合功能的气体控制装置。 背景技术 0002 气源具有较高压力P1，“气体运用装置” 的操作压力P2远小于压力P1， 气源与气体 运用装置之间通常进行恰当的减压处理。 例如汽车发动机采用压缩天然气CNG做为燃料时， 又例如氢燃料电池系统采用压缩氢气作为燃料时， 都需要对高压气体进行减压以获得适合 设备工作的压力。 另一方面， 减压过程中， 高压力气体蕴含的能量可以转换并加以利用。 0003 工作气体进入气体运用设备后， 一部分工作气体被转化利用， 同时剩余部分被排 出而形成尾气。 某些情况下， 排出尾气的数量甚至超过转化部分。 通过对。

14、尾气加以 “再循环” 利用， 具有经济价值和环保限制意义。 通常对排出尾气再循环利用过程需要对其进行增压 处理。 众所周知， 气体增压领域存在较强的技术制约瓶颈， 包括增压过程消耗较多能量、 增 压设备工艺难度大、 设备体积和重量超标。 0004 综合上述多个问题方面， 本发明提出一种 “回收能量气体增压再循环” 复合功 能的气体控制装置解决方案。 发明内容 0005 本发明的目的， 提供一种气体脉动增压方式， 无需机械旋转传动部件， 无动密封要 求， 气体增压过程无需要外部提供能量。 0006 一种具有复合功能的气体控制装置， 包括气体喷射调制模块， 能量回收模块， 气体 增压模块， 压力稳。

15、定部件， 气体合成模块， 再循环管路； 外部高压气源输出的高压力气体经 过气体喷射调制模块处理后， 具有高压力的气体脉冲被输送至能量回收模块， 能量回收模 块将所获得的能量传递给气体增压模块， 再循环管路将外部低压力气体处理后输送至气体 增压模块的输入端； 气体合成模块的第一输入端连接能量回收模块的输出端， 第二输入端 连接增压模块的输出端， 在气体合成模块的内部两路输入气体被调节并叠加合成， 气体合 成模块的输出端连接压力稳定部件的输入端， 在压力稳定部件的输出端得到工作气体。 0007 作为优选， 所述压力稳定部件与气体运用设备连接， 所述气体运用设备的尾气进 入再循环管路， 作为改进所述。

16、增压模块的输入端可以连接外部独立的气体来源， 引进气体 进行增压。 0008 作为优选， 所述外部高压气源具有压力脉冲和流量脉冲特征的情况下， 所述气体 喷射调制模块省略掉， 此时外部高压气源直接进入能量回收模块。 0009 作为优选， 当外部高压气源经过能量回收模块后排出释放时， 气体合成模块省略 掉。 0010 作为优选， 所述气体喷射调制模块包括输入信息、 控制信号单元， 气体调制开关， 高压气体入口， 调制气体出口， 其中输入信息包括所述复合功能气体控制装置的设定流量 说明书 1/7 页 4 CN 110571456 A 4 目标和压力目标及过程反馈状态信息， 控制信号单元所生成的控制。

17、信号连接到调制开关并 驱动调制开关的通断状态,气体喷射调制模块调制后的高压力气体脉冲从调制气体出口输 出。 0011 作为优选， 所述能量回收模块包括壳体和弹性元件， 壳体上设置有减压气体出口， 气体脉冲进口， 弹性元件为气囊式结构或者膜片式结构， 气囊式结构的弹性元件内部为能 量回收工作腔， 膜片式结构的弹性元件与壳体的凹腔形状相配合以形成能量回收工作腔； 所述气体喷射调制模块输出的高能量气体经过气体脉冲进口进入能量回收工作腔的内部 并将其能量传递给弹性元件； 减压气体出口设置在能量回收工作腔的另一端。 0012 作为优选， 所述增压模块包括弹性元件和增压壳体及变形复位元件； 对于气囊式 结。

18、构的增压模块， 增压壳体内部设置空腔或者凹腔形状， 壳体的空腔用于容纳气囊式结构 的弹性元件， 空腔内扣除气囊式结构的弹性元件的剩余空间作为增压腔； 对于膜片式结构 的增压模块， 增压壳体的凹腔与膜片式结构的弹性元件相配合而构成增压腔； 增压壳体上 设置有增压进口单向阀和增压出口单向阀， 外部低压气体可以通过增压进口单向阀进入增 压腔， 经过增压后从增压出口单向阀流出； 变形复位元件具有形状自恢复特征， 对于气囊式 结构的弹性元件， 变形复位元件为环形并作用于气囊式结构的弹性元件外壁； 或者对于膜 片式结构的弹性元件， 变形复位元件的固定端安装连接于增压壳体内部， 其变形端作用于 膜片式结构的。

19、弹性元件并具有帮助膜片式结构的弹性元件恢复原状的作用； 作为优化， 变 形复位元件与弹性元件合二为一兼具有弹性变形和自恢复特征。 0013 作为优选， 所述气体合成模块包括气体合成模块壳体、 第一气体输入端， 第二气体 输入端， 多端口合成腔体， 自调节元件， 合成气体出口； 其中， 多端口合成腔体分别联通第一 气体输入端， 第二气体输入端及合成气体出口， 自调节元件位于多端口合成腔体内部， 通过 第一气体输入端和第二气体输入端分别进入多端口合成腔体的气流同时作用于自调节元 件， 自调节元件自动平衡两路脉动气体进行叠加合成并阻止多端口合成腔体内的气体回流 至第一气体输入端或者第二气体输入端。 。

20、0014 作为优选， 所述能量回收工作腔仅设置有一个气体进出双向通道， 此为单一气体 进出口能量回收腔。 来自能量回收工作腔外部的高压力气体脉冲通过该双向通道进入其内 部， 能量回收工作腔内部的气体也通过该双向通道排出， 此气体进入与排出过程以分时方 式运行。 0015 作为优选， 为获得更高增压压力， 设置级联气体缓冲器， 低一级增压模块的增压出 口单向阀连接该级联气体缓冲器的输入端， 经过低一级增压模块增压后的气体进入级联气 体缓冲器内部进行缓冲和暂存,级联气体缓冲器的输出端连接至高一级增压模块的级联进 口单向阀， 高一级增压模块利用其级联增压腔实现第二次增压， 所获得的更高压力的增压 后。

21、气体从级联增压出口输出， 依次类推， 低一级增压模块与高一级增压模块可以叠加增压， 如果能量回收工作腔内压力足够， 级联增压出口输出的压力可以持续增加。 0016 作为优选， 所述单一气体进出口能量回收腔包括转接壳体， 设在转接壳体上的气 体脉冲进口、 减压气体出口、 双向通道， 气体脉冲进口通过自复位阀与减压气体出口、 双向 通道贯通连接， 双向通道与能量回收工作腔联通,自复位阀包括自复位阀座和自复位阀芯， 当气体脉冲进口有高压力气体脉冲流入时， 高压力气流首先作用于自复位阀并使其处于动 作状态， 该状态下自复位阀芯将减压气体出口关闭， 高压力气体脉冲经过双向通道流入能 说明书 2/7 页 。

22、5 CN 110571456 A 5 量回收工作腔； 当高压力气体脉冲结束后， 自复位阀恢复常态并将气体脉冲进口关闭， 同时 气体减压出口与双向通道接通， 随后能量回收工作腔逐渐恢复常态并排出脉动气流， 该脉 动气流经过双向通道从减压气体出口流出。 0017 为了进一步描述本发明的原理， 通过以下4个部分进行技术路线阐述。 0018 技术路线第一部分， 基于外部高压气源具有平稳高压力特征， 以气囊式结构的增 压模块为主线， 论述 “高压气体喷射调制能量回收气体增压” 功能。 0019 技术路线第二部分， 阐述实现 “尾气再循环气体合成” 功能的技术原理。 0020 技术路线第三部分， 阐述外部。

23、高压气源具有脉冲流量特征的气体控制装置原理， 并以采用膜片式结构的弹性元件为主线， 说明 “能量回收气体增压” 功能。 0021 技术路线第四部分， 介绍获得更高增压压力的实现方式。 0022 首先， 阐述技术路线第一部分：“气体喷射调制能量回收气体增压” 功能的实 现技术。 0023 参照图2， 气体喷射调制模块6的作用是将高压平稳气源变换为高压力、 断续流量 样式的脉冲调制气体X， 并通过调制气体出口64输出以驱动能量回收模块81工作。 控制信号 单元61所生成的控制信号对应所述复合功能气体控制装置所输出的工作气体压力和流量 目标， 该控制信号驱动气体调制开关62的通或断状态， 其流量和压。

24、力目标转换为气体调制 开关62所输出的气体脉冲持续时间T1与气体脉冲重复间隔时间T2、 气体压力等参数； 0024 如附图3所示， 复合功能气体控制装置采用 “气囊式结构的气体脉冲能量回收 增压” 方案。 其中能量回收模块81与气体增压模块82共用所述弹性元件2， 此时壳体1与增压 壳体20合二为一， 壳体1内部为空腔， 壳体1即可以是整体结构， 也可以是分体结构， 作为实 施方式之一， 壳体1两端分别设置增压端盖10， 壳体1与端盖10密封连接， 两个端盖10上分别 设置高压气体进口8和减压气体出口7。 0025 气囊式结构的弹性元件2位于壳体1内部， 其一端设置开口21并与高压气体进口8 。

25、连通， 另一端设置开口22与减压气体出口7连通。 气囊式弹性元件2内部即为能量回收腔9， 壳体1内腔中扣除气囊元件2而剩余的空间即为增压腔90。 能量回收腔9与增压腔90被所述 气囊弹性元件2所隔离， 当气囊内部的能量回收腔9体积增大将导致气囊外部的增压腔90的 体积减小。 变形复位元件3具有弹性自恢复特征， 连接在气囊式弹性元件2的中部， 并优选地 环绕作用于其表面。 0026 高压力气体脉冲X进入能量回收腔9并使其内部压力瞬间升高， 气囊式结构的弹性 元件2快速膨胀变形并引起增压腔90的体积变小， 进而增压腔90内部气体的压力升高并形 成增压效果； 增压腔90内部压缩气体压力高于增压出口单。

26、向阀4开启压力时， 压缩气体通过 增压出口单向阀4输出而形成增压排量Z。 0027 随后能量回收腔9内部的气体从减压出口7逐渐排出而形成脉动气流Y， 该过程延 伸至气体脉冲X结束后， 该期间气囊式结构的弹性元件2逐渐恢复常态形状， 增压腔90体积 增大并形成内部低压力状态， 在内外压差作用下增压出口单向阀4关闭， 同时增压进口单向 阀5被开启， 进而增压腔外部的气体迅速进入增压空腔90。 当下一个高压力气体脉冲X到来 时， 控制装置进入下一次工作循环。 0028 “高压气体喷射调制回收能量气体增压” 控制功能的单次工作循环中形 成的增压排量Z对应弹性元件2所回收的气体脉冲的能量。 显然地， 增。

27、压排量Z与喷射调制输 说明书 3/7 页 6 CN 110571456 A 6 出的高压气体脉冲X相对应。 0029 其次， 阐述技术路线的第二部分：“尾气再循环气体合成” 功能的技术实现。 0030 如附图5所示， 脉动气流Y进入所述气体合成模块86的第一气体输入端71并在该处 所形成输入气流压力PY， 增压排量Z进入所述气体合成模块86的第二气体输入端72并在该 处形成输入气流压力PZ； 自调节元件76将气体合成腔体73内部气体压力分别与PY及PZ进行 比较， 并根据比较结果而随动调节两路输入气体叠加过程， 气体合成腔体73内形成的合成 气体H从合成气体出口77输出至下游设备使用， 合成气。

28、体H的流量包括了脉动气流Y与增压 排量Z相加之和； 自调节元件76采用压差式单向阀或者压差式梭阀等气动原理加以设计实 现。 0031 考虑到经合成气体出口77流出的气流的压力具有波动性， 将其连接至压力稳定部 件84的输入端， 经过压力稳定部件84的调节作用， 在其输出端得到符合压力P2要求及流量 要求的工作气体。 0032 作为技术路线阐述的第三部分， 分别说明外部气源具有压力脉冲和流量脉冲特征 的气体控制装置技术原理， 以及基于膜片式结构的弹性元件2的 “能量回收气体增压” 功能的技术原理。 0033 如附图4所示， 壳体1为圆桶状， 膜片式结构的弹性元件2为圆碟状， 增压壳体20为 圆桶。

29、状， 连接密封件30将膜片式结构的弹性元件2的边沿分别与壳体1的连接结构和增压壳 体20的连接结构相密封连接， 能量回收工作腔9和增压腔90分别位于膜片式结构的弹性元 件2的两侧并被膜片式结构的弹性元件2所隔离。 0034 在外部气源具有压力脉冲和流量脉冲特征的情况下， 气体喷射调制模块被省略， 外部气源连接至能量回收模块81的高压气体脉冲接口8， 其进入能量回收工作腔9内部并形 成冲能量作用于膜片式结构的弹性元件2， 膜片式结构的弹性元件2获得能量脉冲而发生变 形并导致能量回收腔9的体积变大， 同时变形复位元件3储存一定能量用于恢复常态。 0035 膜片式结构的弹性元件2吸收能量发生变形， 。

30、同时使得增压腔90体积变小， 进而导 致增压腔90内部的气体因为受到压缩而压力升高。 增压腔90内部气体的压力高于增压出口 单向阀4开启压力时， 压缩气体通过增压出口单向阀4输出形成增压排量Z。 0036 当高压力气体脉冲X结束后， 膜片式结构的弹性元件2在其自恢复特性和变形复位 元件3的作用下逐渐恢复常态形状， 此过程中增压腔90体积增大并形成内部低压力状态， 在 内外部压差的作用下增压出口单向阀4关闭， 同时增压进口单向阀5被开启， 外部气体迅速 进入增压腔90内部。 0037 当下一个高压力气体脉冲X到来时， 本 “能量回收气体增压” 控制功能进入下 一个工作循环。 0038 最后， 阐。

31、述复合功能气体控制装置获得更高增压压力的技术路线。 0039 为了获得更高增压压力， 设计一种级联式增压技术路线。 附图6所示， 即设置第一 级气体增压模块A和第二级气体增压模块B， 二者分别与级联壳体41相连接并形成能量回收 工作腔9， 高压力气体脉冲X的能量同时作用于第一级增压模块A的弹性元件和第二级增压 模块B的弹性元件。 第一级增压模块A和第二级增压模块B的功能原理与前述 “能量回收 气体增压” 技术路线相同， 高压力气体脉冲X从气体脉冲进口8进入能量回收工作腔9， 从减 压气体出口7排出脉动气流Y。 说明书 4/7 页 7 CN 110571456 A 7 0040 设置级联气体缓冲。

32、器40， 第一级气体增压模块A的增压出口单向阀4连接该级联气 体缓冲器40的输入端， 经过第一级增压后的气体进入级联气体缓冲器40内部进行缓冲和暂 存,级联气体缓冲器40的输出端连接至第二级增压模块B的级联进口单向阀45， 第二级增压 模块B利用其级联增压腔49实现第二次增压， 所获得的更高压力的增压后气体从级联增压 出口44输出。 0041 在气源压力远高于增压气体压力的情况下， 级联增压技术路线具有明显的高增压 效果。 0042 作为膜片式结构的弹性元件的一种改进， 膜片可以选择橡胶膜、 金属膜、 其他具备 弹性且能够吸收能量的材料， 亦可以选择橡胶膜、 金属膜多层组合结构， 以适用于不同。

33、气体 工作环境。 0043 本发明的有益效果概括： 第一，“气体喷射调制能量回收气体增压” 控制装置 具有复合功能， 利用高压力气体脉冲所释放的能量驱动增压模块工作， 解决了常规气体增 压方案所需要的外部能量供给难题。 0044 第二， 控制装置基于脉冲式工作原理， 每个工作循环所形成的增压排量具有相对 明确的定量关系， 能够在较宽的气体流量范围内保持稳定的工作性能。 0045 第三， 整个装置完全没有机械传动结构， 壳体、 弹性元件、 单向阀等主要构件结构 简单可靠， 因此装置的成本非常低廉， 而且具有轻量化特点； 装置全部采用静止密封方式， 无泄漏， 容易维护。 0046 第四， 基于本发。

34、明可以实现往复式内燃机进气增压系统， 利用内燃机排气脉动能 量工作， 并采用单一气体进出口能量回收腔技术路线， 优化能量回收过程中的传热性能。 更 重要的， 该技术方式克服了一般废气涡轮增压系统存在的 “涡轮迟滞效应” 缺陷。 附图说明 0047 图1为本发明具有复合功能的气体控制装置的模块结构示意图。 0048 图2为本发明具有复合功能的气体控制装置气体喷射调制模块示意图。 0049 图3为本发明具有复合功能的气体控制装置气囊式结构的能量回收模块结构示意 图。 0050 图4为本发明具有复合功能的气体控制装置膜片式结构的能量回收模块结构示意 图。 0051 图5为本发明具有复合功能的气体控制。

35、装置气体合成模块结构示意图。 0052 图6为本发明具有复合功能的气体控制装置级联式增压技术路线结构示意图。 0053 图7为本发明具有复合功能的气体控制装置单一气体进出口能量回收腔结构示意 图。 0054 其中， 6.气体喷射调制模块， 60.输入信息， 61.控制信号单元， 62.气体调制开关， 63.高压气体入口， 64.调制气体出口， 81.能量回收模块， 1.壳体， 2.弹性元件， 7.减压气体 出口， 8.气体脉冲进口， 9.能量回收工作腔， 82.气体增压模块， 20.增压壳体， 3.变形复位元 件， 5.增压进口单向阀， 4.增压出口单向阀， 90.增压腔， 84.压力稳定部件。

36、， 86.气体合成模 块， 70.气体合成模块壳体， 71.第一气体输入端， 72.第二气体输入端， 73.多端口合成腔体， 76.自调节元件， 77.合成气体出口， 87.再循环管路， ,40.级联气体缓冲器， 41.级联壳体， 说明书 5/7 页 8 CN 110571456 A 8 44.级联增压出口， 45.级联进口单向阀， 49.级联增压腔， 50.转接壳体， 58.双向通道， 51.自 复位阀座， 52.自复位阀芯， A.低一级增压模块， B.高一级增压模块。 具体实施方式 0055 为了加深对本发明的理解， 下面将结合实例和附图对本发明具有复合功能的气体 控制装置作进一步详述， 。

37、该实施例仅用于解释本发明， 并不构成对本发明保护范围的限定。 0056 如图1所示， 具有复合功能的气体控制装置， 包括:气体喷射调制模块6， 能量回收 模块81， 气体增压模块82， 压力稳定部件84， 气体合成模块86， 再循环管路87； 外部高压气源 输出的高压力气体经过气体喷射调制模块6处理后， 具有高压力的气体脉冲被输送至能量 回收模块81， 能量回收模块81将所获得的能量传递给气体增压模块82， 再循环管路87将外 部低压力气体处理后输送至气体增压模块82的输入端； 气体合成模块86的第一输入端连接 能量回收模块81的输出端， 第二输入端连接增压模块82的输出端， 在气体合成模块8。

38、6的内 部两路输入气体被调节并叠加合成， 气体合成模块86的输出端连接压力稳定部件84的输入 端， 在压力稳定部件84的输出端得到工作气体。 0057 如图1所示， 所述压力稳定部件84与气体运用设备连接； 气体运用设备的尾气进入 再循环管路87； 所述外部高压气源具有压力脉冲和流量脉冲特征的情况下， 所述气体喷射 调制模块6省略掉， 此时外部高压气源经过能量回收模块81排出或者进入气体合成模块86， 当外部高压气源经过能量回收模块81排出时， 气体合成模块86省略掉。 0058 如图2所示， 所述气体喷射调制模块6包括输入信息60、 控制信号单元61， 气体调制 开关62， 高压气体入口63。

39、， 调制气体出口64， 其中输入信息60包括所述复合功能气体控制装 置的设定流量目标和压力目标及过程反馈状态信息， 控制信号单元61所生成的控制信号连 接到调制开关62并驱动调制开关62的通断状态,气体喷射调制模块6调制后的高压力气体 脉冲从调制气体出口64输出。 如图3和图4所示， 所述能量回收模块81包括壳体1和弹性元件 2， 壳体1上设置有减压气体出口7， 气体脉冲进口8， 弹性元件2为气囊式结构或者膜片式结 构， 气囊式结构的内部为能量回收工作腔9， 膜片式结构的弹性元件2与壳体1的凹腔形状相 配合以形成能量回收工作腔9； 所述气体喷射调制模块6输出的高能量气体经过气体脉冲进 口8进入。

40、能量回收工作腔9的内部并将其能量传递给弹性元件2； 减压气体出口7设置在能量 回收工作腔9的另一端； 所述增压模块82包括弹性元件2和增压壳体20及变形复位元件3； 对 于气囊式结构的增压模块82， 增压壳体20内部设置空腔或者凹腔形状， 壳体20的空腔用于 容纳气囊式结构的弹性元件2， 空腔内扣除气囊式结构的弹性元件2的剩余空间作为增压腔 90； 对于膜片式结构的增压模块82， 增压壳体20的凹腔与膜片式结构的弹性元件2相配合而 构成增压腔90； 增压壳体20上设置有增压进口单向阀5和增压出口单向阀4， 外部低压气体 可以通过增压进口单向阀5进入增压腔90； 变形复位元件3具有形状自恢复特征。

41、， 对于气囊 式结构的弹性元件2， 变形复位元件3为环形并作用于气囊式结构的弹性元件2外壁； 或者对 于膜片式结构的弹性元件2， 变形复位元件3固定端安装连接于增压壳体20内部， 其变形端 作用于膜片式结构的弹性元件2并具有帮助膜片式结构的弹性元件2恢复原状的作用； 作为 优化， 变形复位元件3与弹性元件2合二为一兼具有弹性变形和自复位特征。 0059 如图5所示， 所述气体合成模块86包括气体合成模块壳体70、 第一气体输入端71， 第二气体输入端72， 多端口合成腔体73， 自调节元件76， 合成气体出口77； 其中， 多端口合成 说明书 6/7 页 9 CN 110571456 A 9 。

42、腔体73分别联通第一气体输入端71， 第二气体输入端72及合成气体出口77， 自调节元件76 位于多端口合成腔体73内部， 通过第一气体输入端71和第二气体输入端72分别进入多端口 合成腔体73的气流同时作用于自调节元件76， 自调节元件76自动平衡两路脉动气体进行叠 加合成并阻止多端口合成腔体73内的气体回流至第一气体输入端71或者第二气体输入端 72。 0060 如图6所示， 为获得更高增压压力， 设置级联气体缓冲器40， 低一级增压模块A的增 压出口单向阀4连接该级联气体缓冲器40的输入端， 经过低一级增压模块A增压后的气体进 入级联气体缓冲器40内部进行缓冲和暂存,级联气体缓冲器40的。

43、输出端连接至高一级增压 模块B的级联进口单向阀45， 高一级增压模块B利用其级联增压腔49实现第二次增压， 所获 得的更高压力的增压后气体从级联增压出口44输出。 0061 如图7所示， 所述能量回收工作腔9仅设置有一个气体进出通道， 此为单一气体进 出口能量回收腔， 所述单一气体进出口能量回收腔包括转接壳体50， 设在转接壳体50上的 气体脉冲进口8、 减压气体出口7、 双向通道58， 气体脉冲进口8通过自复位阀与减压气体出 口7、 双向通道58贯通连接， 双向通道58与能量回收工作腔9联通， 自复位阀包括自复位阀座 51和自复位阀芯52， 当高压力气体脉冲进口8有气体脉冲喷射时， 高压力气。

44、流首先作用于自 复位阀并使其处于动作状态， 该状态下自复位阀芯52将减压气体出口关闭， 高压力气体脉 冲经过双向通道58流入能量回收工作腔9； 当高压力气体脉冲结束后， 自复位阀恢复常态以 关闭气体脉冲进口， 阀芯52打向气体脉冲进口8一端并将气体脉冲进口8关闭， 同时减压气 体出口7与双向通道58接通， 随后能量回收工作腔9逐渐恢复常态并排出脉动气流， 该脉动 气流经过双向通道58从减压气体出口7流出。 0062 如图1至图7所示， 具有复合功能的气体控制装置，“能量回收气体增压” 控制过 程所涉及到的结构尺寸和气体参数变化等遵循热力学和流体力学相关理论和技术原理。 0063 基于本发明技术。

45、方案的氢燃料电池配套的氢气喷射及再循环增压设备实施举例， 其功能覆盖了一般氢气供给分系统所采用的高压氢气减压阀、 低压氢气减压阀、 燃料氢气 喷射阀、 氢气循环泵、 其他配套部件及管路等。 该分系统的驱动能源是高压氢气(例如氢气 储存压力为350bar)所蕴含的能量， 氢气电控喷射阀组作为高压气体调制开关， 采用开关频 率调制PFM叠加开关宽度调制PWM的方式； 调制输出高压气体脉冲质量流量调节范围可 达到100倍。 0064 氢气喷射及再循环增压设备， 氢气燃料供给过量系数1.5， 尾气压力为2bar， 再循 环气体增压后输出脉动气流进入气体合成模块并进行混合控制， 采用压差式气动单向阀+ 。

46、三通式气动梭子阀的复合结构制作。 混合气流压力峰值降低并输送至氢气稳压阀， 调节稳 压输出压力(例如1.8bar至3.2bar可调)以获得恰当的供给流量。 0065 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明， 凡在本发明的精 神和原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。 说明书 7/7 页 10 CN 110571456 A 10 图1 图2 说明书附图 1/4 页 11 CN 110571456 A 11 图3 图4 说明书附图 2/4 页 12 CN 110571456 A 12 图5 图6 说明书附图 3/4 页 13 CN 110571456 A 13 图7 说明书附图 4/4 页 14 CN 110571456 A 14 。