专利名称：一种流量调节阀及其水气混合装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及氢能领域，更具体地说，涉及一种流量调节阀及其水气混合装置。
背景技术：
随着石化燃料耗量的日益增加，其储量日益减少，这就迫切需要寻找一种不依赖 化石燃料，且储量丰富的新的含能体能源。氢能正是这样一种在常规能源危机的出现和开 发新的二次能源的同时，人们期待的新的二次能源。氢能是一种二次能源，它是通过一定的 方法利用其它能源制取的，而不像煤、石油和天然气等可直接从地下开采，几乎完全依靠化 石燃料。
水蒸汽催化重整制氢与SOEC(solid oxide electrolysis cell, S0EC,固体氧化 物电解池)电解水制氢是获取氢源的两大重要技术，两项技术当中，当需要同时输入水气 混合蒸汽时，目前采用的方法是通过输液泵将水输入到汽化器内，通过汽化器将水进行汽 化，此时其他气体经过加热器加热后输入汽化器，二者混合后预热，形成一定的水气比例， 并控制在适当的比例输运到指定空间内，然后进行制氢。
现有水气混合的方法有两种，一种是通过输液泵、微量泵或恒流泵将液体输运到 高温炉中加热汽化，随后与气体混合，并通过测试混合气体中的露点温度控制水蒸气含量， 使用此方法最大的不足是水气比例难以控制，从而精确度、稳定性较差。
另一种则是直接通过输液泵、微量泵或恒流泵定量输运液体到加热炉内汽化，通 过液体质量与气体质量的控制，实现两者的气体混合。此方法不需要通过测定露点温度这 一环节，精度相对较高。但由于输液泵、微量泵或恒流泵本身的连续工作寿命以及稳定性不 足，导致水气混合同样存在上述缺陷。
因此，如何提供一种水气混合装置及其流量调节阀，以实现精确控制水气混合的 比例，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种流量调节阀及其水气混合装置，以实现精确控制水 气混合的比例。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案
一种流量调节阀,包括
水阀底座,其上设置有限位孔；
水阀中座，其设置于所述水阀底座上，且所述水阀中座上设置有贯穿其厚度方向 上的滑槽，所述水阀中座上还设置有U形槽，所述U形槽与所述滑槽相通，所述U形槽与所 述水阀底座配合形成供管路穿过的U形孔；
水阀盖板，其设置于所述水阀中座上，且所述水阀盖板上设置有与所述滑槽相通 的螺纹孔；
水阀压块，其可滑动地设置于所述滑槽中；
压块定位柱，其与所述水阀压块相连，且与所述水阀底座上的所述限位孔配合；
调节杆，其设置于所述水阀盖板上与螺纹孔配合，且与所述水阀压块相低；
弹性件，其设置于所述压块定位柱与所述水阀底座之间。
优选地，在上述的流量调节阀中，所述水阀底座、所述水阀中座和所述水阀盖板通 过螺钉连接，所述螺钉与所述水阀盖板之间设置有垫圈。
优选地，在上述的流量调节阀中，所述调节杆与螺纹孔配合的部分为具有自锁功 能的螺纹结构。
优选地，在上述的流量调节阀中，所述弹性件为弹簧。
一种水气混合装置，包括储水箱和汽化器，还包括吸水器和上述的流量调节阀，所 述流量调节阀设置于所述储水箱与所述吸水器之间，所述吸水器包括进气喷嘴、混合喷嘴 和连接管；
所述进气喷嘴的输入端内径大于输出端内径，且其输出端插设于所述连接管的一 端;
所述混合喷嘴的输入端内径小于输出端内径，且其输入端插设于所述连接管的另 一端，所述进气喷嘴输出端的内径略小于所述混合喷嘴输入端的内径，且所述进气喷嘴与 所述混合喷嘴之间具有间隙；
所述连接管分别与所述进气喷嘴和所述混合喷嘴之间形成有储水腔；
所述进气喷嘴的输入端与进气管接头相连；
所述连接管上连接有与所述储水腔相连通的进水管，所述进水管的外端与进水管 接头相连；
所述混合喷嘴的输出端与出气管接头相连。
优选地，在上述装置中，所述进气喷嘴和所述混合喷嘴均为锥形通道结构。
优选地，在上述装置中，所述进气喷嘴与混合喷嘴的轴线重合。
优选地，在上述装置中，所述储水箱与所述吸水器之间设置有液体流量计，所述流 量调节阀设置于所述液体流量计与所述吸水器之间。
优选地，在上述装置中，所述汽化器设置于所述吸水器之后；
所述汽化器上设置有汽化器防爆管，所述汽化器防爆管设置于缓冲室进气板、缓 冲室腔壁和汽化管连接板所围成的腔之间。
优选地，在上述装置中，所述汽化器防爆管包括一个进口和两个出口，所述进口位 于两个所述出口之间，且所述进口分别与两个所述出口的距离相等。
本发明提供的流量调节阀中，液体管路穿过水阀中座与水阀底座形成的U形孔， 且穿过水阀压块与水阀底座形成的腔中，通过流量调节阀调节杆的放松与旋紧、压块定位 柱的导向作用以及弹簧的弹力，可以实现水阀压块的上下移动，在水阀压块向下移动时，管 路被压紧，管路的横截面积减小，流过管路的液体流量变少，当水阀压块向上移动时，管路 被放松，管路的横截面积增加，流过管路的液体流量增加。当水阀压块移动到工作时需要的 流量时，螺杆固定该位置，使管路保持在固定的截面形状，从而保持稳定的液体流量，这样 液体以稳定的流量与气体混合，实现精确控制水气混合的比例。
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为本发明提供的气化装置工作流程图2为本发明提供的流量调节阀的装配图3为本发明提供的流量调节阀装配体的爆炸视图4为本发明提供的流量调节阀的剖面图5为本发明提供的吸水器的装配图6为本发明提供的吸水器装配体的爆炸视图7为本发明提供的吸水器的剖面图8为本发明提供的侧开口矩形汽化器防爆管示意图9为本发明提供的U形汽化器防爆管示意图10为本发明提供的侧开口圆柱汽化器防爆管示意图11为本发明提供的汽化器的装配图12为本发明提供的设置有侧开口矩形汽化器防 爆管的汽化器装配体的爆炸视图13为本发明提供的设置有侧开口矩形汽化器防爆管的汽化器汽化前后水汽的流动示意图；图14为本发明提供的设置有U形汽化器防爆管的汽化器装配体的爆炸视图；图15为本发明提供的设置有U形汽化器防爆管的汽化器汽化前后水汽的流动示
意图;
图16为本发明提供的气化装置水气雾化混合液体流量控制与时间的关系图。 上图中I为水阀底座、2为弹性件、3为压块定位柱、4为水阀压块、5为水阀中座、51为U 形槽、6为水阀盖板、61为螺纹孔、7为弹簧垫圈、8为螺钉、9为调节杆、10为进气管接头、11 为进气喷嘴、12为连接管、13为混合喷嘴、14为出气管接头、15为进水管、16为进水管接头、 17为进气管接头、18为进气管、19为缓冲室进气板、20为汽化器防爆管、21为缓冲室腔壁、 22为汽化管连接管、23为汽化管、24为缓冲室出气板、25为出气管、26为吸水器、27为汽化器、28为流量调节阀、29为储水箱、30为液体流量计。
具体实施方式
本发明公开了一种流量调节阀及其水气混合装置，以实现精确控制水气混合的比例。
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、完整的描述，显然，所描述的事实例仅仅是本发明一部分事实例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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。
如图2-图4所示,本实施例提供的流量调节阀,包括
设置有限位孔的水阀底座1，水阀底座I上的限位孔与压块定位柱3相互配合，工 作时，压块定位柱3能够在限位孔内上下滑动，限位孔对压块定位柱3起到限位与导引作 用。限位孔与压块定位柱3之间还安装有弹性件2，压块定位柱3受压向下运动时弹性件2 被压缩，压块定位柱3受压力减少时弹性件2将其向上顶起。
水阀底座I上上设置有水阀中座5，水阀中座5上还设置有贯穿其厚度方向上的滑 槽，以及与滑槽相通的U形槽51，水阀中座5安装到水阀底座I时，U形槽与水阀底座I配 合形成U形孔，液体流动的管路从U形孔内穿过。
水阀中座5上设置有水阀盖板6，水阀盖板6上还设置有螺纹孔61，螺纹孔61与 滑槽相通。滑槽内设置有水阀压块4，水阀压块4外壁与滑槽内壁相贴合。压块定位柱3 — 端与水阀压块4通过螺纹相连，为保证水阀压块4上下运动时的平衡性，压块定位柱3设置 为两根，对应水阀底座I上设置有两个与压块定位柱3相配合的限位孔，分别设置于水阀压 块4与U形孔内通过的管路两侧，同时保证水阀压块4对管路挤压受力均匀。
水阀盖板上设置有调节杆9，调节杆9与水阀盖板6上的螺纹孔61配合，且该调节 杆9与水阀压块4相抵，通过调节杆的旋紧与放松，实现对水阀压块的上下调节，进而调节 管路内液体流量。
本实施例中提供的流量调节阀调节过程如下
水阀压块4与压块定位柱3连接，调节杆9与水阀压块相抵，当旋紧调节杆9时， 调节杆9推动水阀压块4沿水阀中座5内的滑槽向下滑动，滑动过程中，压块定位柱3起到 导向作用，防止水阀压块4滑动过程出现翻转，此时管路已穿过U形孔，水阀压块4滑动过 程中对管路进行挤压，使管路中流过的液体流量变少；放松调节杆9，此时压块定位柱3与 水阀底座5中间的弹性件2所受挤压力变小，弹性件2在复位过程中推动水阀压块4随调 节杆9 一起移动，管路被放松，管路的流通面积增加，使得管路中液体流量加大。在调节杆 9调节过程中，调节杆9通过与螺纹孔的配合对管路进行微量调节，可实现管路内液体流量 的准确控制。
通过上述调节方式可以得出，本发明实施例提供的流量调节阀，可准确的调节管 路中液体的流量，从而实现了在水气混合时精确控制水气混合的比例。
为了进一步优化技术方案，上述实施例中提供的流量调节阀中，水阀底座1、水阀 中座5和水阀盖板6通过螺钉8连接，螺钉8与水阀盖板6之间设置有垫圈。具体地，垫圈 为弹性垫圈，防止螺钉8在连接过程中发生松动。
为了进一步优化上述方案，上述实施例中提供的流量调节阀中，调节杆9的螺纹 部分为具有自锁功能的螺纹结构。调节杆上加工具有自锁功能的螺纹后，在调节管路内液 体流量时不需要增加其他紧固件，同时增加了流量调节阀的稳定性。
为了进一步优化上述方案，上述实施例中提供的流量调节阀中，弹性件2为弹簧。 具体地，流量调节阀内的弹簧为压缩弹簧。
为了进一步优化上述方案，上述实施例中提供的流量调节阀中，调节杆9的伸出 端设置有旋钮，增加旋钮后，在对流量调节阀进行调节时，操作容易，且不需要额外工具。
如图1和图6所示，基于上述实施例中提供的流量调节阀，本发明还提供了一种水 气混合装置，包括储水箱29和汽化器27，还包括吸水器26和上述实施例中提供的流量调节 阀28，流量调节阀28设置于储水箱29与吸水器26之间。
参见图5-图7所示，吸水器26包括进气喷嘴11、混合喷嘴13和连接管12。进气 喷嘴11的输入端内径大于输出端内径，且其输出端插设于所述连接管12—端,气体由输出 端到输入端时，管内容积不断缩小，气体在通过时受压缩高速输出。混合喷嘴13的输入端 内径小于输出端内径，且其输入端插设于所述连接管12的另一端,进气喷嘴11的输出端的 内径略小于混合喷嘴13的输入端的内径且进气喷嘴11与混合喷嘴13之间具有间隙。
进气喷嘴11与混合喷嘴13分别插设于连接管12的两端，连接管12分别与进气 喷嘴11和混合喷嘴13之间形成有储水腔，气体由进气喷嘴11输出时，吸附进入进气喷嘴 11与混合喷嘴13形成的间隙之间的液体，并进入到混合喷嘴13中。
连接管12上设置有进水孔，并与进水管15相连，进水管15的外端与进水管接头 16相连，混合喷嘴13的输出端与出气管接头14相连。
在本实施例中提供的水气混合装置中，吸水器的工作过程如下
进气管接头连接进气喷嘴11，进水管接头16通过进水管15与连接管12相连，出 气管接头14连接混合喷嘴13。气体从进气管接头10进入，并通过进气喷嘴11将气体喷入 到混合喷嘴13中，在气体喷出时，液体已通过进水管15流入到连接管12与进气喷嘴11、混 合喷嘴13围成的储水腔中，气体喷出时，由于进气喷嘴11与混合喷嘴13间存在间隙，且进 气喷嘴11内径逐渐变小，混合喷嘴内径逐渐变大，气体通过时产生文丘里效应，吸附液体 喷入混合喷嘴13中，液体被有一定压力的气体吸附后雾化，形成气体颗粒，从而实现了在 出气管接头内形成气雾混合物并通过出气管接头14输出。
本发明提供的水气混合装置中，吸水器没有运转部件，可以长期保持工作状态，使 用寿命长，理论使用寿命即材料及管路使用寿命，即使吸水器意外发生堵塞，检修也无需停 机，只须拔掉吸水器两端的插头，进行反接吹气即可修好，无检修工作时间长。
为了进一步优化上述技术方案，上述实施例中提供的水气混合装置中，进气喷嘴 11和混合喷嘴13均为锥形通道结构，进气喷嘴11的输出端的内径略小于混合喷嘴13的输 入端的内径且其轴线重合。
为了进一步优化上述技术方案，上述实施例中提供的水气混合装置中，储水箱29 与吸水器26之间设置有液体流量计30，流量调节阀28设置于液体流量计30与吸水器26 之间，增加液体流量计后30后，通过调节流量调节阀28可以准确控制管路中液体的流量， 精确控制水气混合比例。具体地，流量调节阀28为滴管输液式计数流量计，采用该流量计 后，可以用来进行极微量的输水混合，精度可达O. OlmL/min，可以用做小型实验装置。
为了进一步优化上述技术方案，上述实施例中提供的水气混合装置中，汽化器27 设置于吸水器26之后，此时气体与液体已混合雾化，输出到汽化器27中进一步加工。参见 图8-图15所示，汽化器27上设置有汽化器防爆管20，汽化器防爆管20设置于缓冲室进气 板19、缓冲室腔壁21和汽化管连接板22所围成的腔之间。
为了进一步优化上述技术方案，上述实施例中提供的水气混合装置中，汽化器防 爆管20包括一个进口和两个出口，进口位于两个出口之间，且进口分别与两个出口的距离 相等，具体地，进气管的轴向与两端分叉后的气体流道方向垂直。
参见图8-图11所示，具体地，汽化器防爆管20为如图8所示的矩形管状，进口位 于矩形管的侧面上；具体地，汽化器防爆管20也可为如图9所示的U型管状，U型管的开口 端整体作为进口 ；具体地，汽化器防爆管20还可为如图10所示的圆柱管状，进口位于圆柱管的侧壁。
参见图12和图13所示，水汽混合气通过进出管接头17输入到汽化器时，水汽混 合气先经过汽化器防爆管20，进气口开口处到汽化器防爆管两个出气端距离相等，方向相 反，汽爆引起的冲击波经过汽化器防爆管后，在进气口开口处对冲抵消，可以大幅度减缓汽 化过程中汽爆对输入水气的影响。
参见图14和图15所示，U形汽化防爆管起到的防爆作用与图12和图13中所示 相同。汽化器防爆管消除水汽化过程中产生的汽爆现象对输入气雾流体的影响，使得吸水 器能均匀的生成气雾并且平稳连续的输送到汽化器里，从而使得汽化反应得以匀速平稳的 进行，使得汽化器可以连续平稳的输出汽化过的混合气体，并且可以大幅度降低汽化过程 中产生的噪音。
参见图16所示，图16为本发明提供的气化装置水气雾化混合液体流量控制与时 间的关系图，图中X轴表示时间，y轴表示液体流量，由图可知，液体流量在经过1700min的 时间内液体流量变化范围较小，最大偏差在O. 2mL内，稳定性良好，进一步验证了本发明提 供的流量调节阀以及本发明提供的水气混合装置的性能优异、精度高的特点。
本发明提供的水气混合装置，水气混合比例及混合量可以在一定范围内自由调 节，然后将雾化后的水汽气混合气加热汽化，最后输出所需的水汽高温混合气。该装置工 作状态平稳，安全性高，使用寿命长，且其在任何进水量下进水方式都是连续进水，没有间 断期，加上汽化器的汽化器防爆管的设计，使得本装置汽化过程非常平稳，无噪音或噪音极 低，并且输出的水汽混合气混合的非常均匀。该装置使用吸水器等部件，代替输水定量泵， 成本降低，本套装置可随需要制成不同大小的产品，适用范围极广，从大型天然气水蒸气混 合制氢到实验室微量水汽混合，只要需要液气混合并汽化的工艺，都可以根据本发明提供 的水气混合装置的原理进行设计。
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。
权利要求
1.一种流量调节阀，其特征在于，包括水阀底座(1)，其上设置有限位孔；水阀中座(5)，其设置于所述水阀底座(I)上，且所述水阀中座(5)上设置有贯穿其厚度方向上的滑槽，所述水阀中座(5)上还设置有U形槽(51)，所述U形槽(51)与所述滑槽相通，所述U形槽与所述水阀底座(I)配合形成供管路穿过的U形孔；水阀盖板出)，其设置于所述水阀中座(5)上，且所述水阀盖板(6)上设置有与所述滑槽相通的螺纹孔(61)；水阀压块(4)，其可滑动地设置于所述滑槽中；压块定位柱(3)，其与所述水阀压块(4)相连，且与所述水阀底座(I)上的所述限位孔配合；调节杆(9)，其设置于所述水阀盖板(6)上与螺纹孔￠1)配合，且与所述水阀压块(4)相抵；弹性件(2)，其设置于所述压块定位柱(3)与所述水阀底座(I)之间。
2.根据权利要求1所述的流量调节阀，其特征在于，所述水阀底座(I)、所述水阀中座(5)和所述水阀盖板(6)通过螺钉(8)连接，所述螺钉(8)与所述水阀盖板(6)之间设置有垫圈(7)。
3.根据权利要求2所述的流量调节阀，其特征在于，所述调节杆(9)与螺纹孔(61)配合的部分为具有自锁功能的螺纹结构。
4.根据权利要求3所述的流量调节阀，其特征在于，所述弹性件(2)为弹簧。
5.一种水气混合装置，包括储水箱(29)和汽化器(27)，其特征在于，还包括吸水器(26)和上述权利要求1-4中任意一项所述的流量调节阀(28)，所述流量调节阀(28)设置于所述储水箱(29)与所述吸水器(26)之间，所述吸水器(26)包括进气喷嘴(11)、混合喷嘴(13)和连接管(12)；所述进气喷嘴(11)的输入端内径大于输出端内径，且其输出端插设于所述连接管(12)的一端；所述混合喷嘴(13)的输入端内径小于输出端内径，且其输入端插设于所述连接管(12)的另一端，所述进气喷嘴(11)输出端的内径略小于所述混合喷嘴(13)输入端的内径，且所述进气喷嘴(11)与所述混合喷嘴(13)之间具有间隙；所述连接管(12)分别与所述进气喷嘴(11)和所述混合喷嘴(13)之间形成有储水腔；所述进气喷嘴(11)的输入端与进气管接头(10)相连；所述连接管(12)上连接有与所述储水腔相连通的进水管(15)，所述进水管(15)的外端与进水管接头(16)相连；所述混合喷嘴(13)的输出端与出气管接头(14)相连。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述进气喷嘴(11)和所述混合喷嘴均为锥形通道结构。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述进气喷嘴(11)与混合喷嘴(13)的轴线重合。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述储水箱(29)与所述吸水器(26)之间设置有液体流量计(30)，所述流量调节阀(28)设置于所述液体流量计(30)与所述吸水器(26)之间。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述汽化器(27)设置于所述吸水器(26)之后;所述汽化器(27)上设置有汽化器防爆管(20)，所述汽化器防爆管(20)设置于缓冲室进气板(19)、缓冲室腔壁(21)和汽化管连接板(22)所围成的腔之间。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述汽化器防爆管(20)包括一个进口和两个出口，所述进口位于两个所述出口之间，且所述进口分别与两个所述出口的距离相等。
全文摘要
本发明提供了一种流量调节阀，包括设置有限位孔的水阀底座；水阀中座，其设置于所述水阀底座上，且水阀中座上设置有贯穿其厚度方向上的滑槽，水阀中座上还设置有与滑槽相通的U形槽，其与水阀底座配合形成供管路穿过的U形孔；水阀盖板，其设置于所述水阀中座上，且水阀盖板上设置有与所述滑槽相通的螺纹孔；水阀压块，其可滑动地设置于所述滑槽中；压块定位柱，其与水阀压块相连，且与水阀底座上的所述限位孔配合；调节杆，其设置于所述水阀盖板上与螺纹孔配合，且与所述水阀压块相抵；弹性件，其设置于压块定位柱与所述水阀底座之间。本发明还提供一种水气混合装置，用来将气体和液体进行雾化混合，输出水气高温混合气。
文档编号B01F3/04GK103016778SQ20111028805
公开日2013年4月3日 申请日期2011年9月26日 优先权日2011年9月26日
发明者王蔚国, 牛金奇, 官万兵, 吕新颜, 张庆生 申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所