CN103794808A - 燃料电池车辆用喷射器 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一方面所提供的燃料电池车辆用喷射器，包括：腔体块，内侧具有用于流入再循环氢气的内腔室；喷嘴部，设置在所述腔体块的一侧，与氢气供给排管相连；以及扩散器，设置在所述腔体块的另一侧，混合通过所述喷嘴部所喷射的供给氢气和流入到所述内腔室的再循环氢气而供给至燃料电池堆；其中，所述喷嘴部可相对于所述腔体块做前后方向移动，且借由设置在其与所述腔体块之间的弹性体来被弹性支撑。

Description

燃料电池车辆用喷射器

技术领域

本发明涉及燃料电池车辆用喷射器，具体涉及在车辆用燃料电池系统中对通过氢气供给线所供给的氢气和通过再循环线所再循环的氢气进行混合而供给至燃料电池堆的燃料电池车辆用喷射器。

背景技术

作为环保型未来车辆的一种，对燃料电池车辆的研究非常活跃。燃料电池车辆将从反应气体（氢气）的电化学反应中生成的电能使用为车辆的驱动源，可确保丰富的燃料资源，仅排放热量或水分等环境危害因素较低的副产物，因此作为下一代的代替运输手段的一环备受关注。

通常，用于生成燃料电池车辆之电能的燃料电池系统包括：使得从反应气体的电化学反应中产生电能的燃料电池堆；将作为燃料的氢气供给至燃料电池堆的氢气供给装置；用于供给燃料电池堆的电化学反应所需之作为氧化剂的空气（氧气）的空气供给装置；向外部排出作为燃料电池堆之反应副产物的热量，对燃料电池堆的运行温度进行最佳控制的同时，对作为副产物的水分（水）执行管理功能的热量及水管理系统等。

喷射器（ejector）在如上所述的燃料电池系统中，用于向燃料电池堆供给氢气，其混合从氢气罐经由氢气供给装置等所供给的氢气和堆栈内未反应的再循环氢气而供给至燃料电池堆。通常，喷射器借助被供给氢气的喷射所致的流动来吸入再循环氢气，而该种喷射器的吸入能力或再循环性能对系统的效率带来很大影响，因此为了改善喷射器的性能而探究着各种方案。

发明内容

（发明目的）

本发明的实施例用于提供一种既结构简单又可提高再循环性能的燃料电池车辆用喷射器。

（解决问题的手段）

可根据本发明的一方面，所提供的燃料电池车辆用喷射器，包括：腔体块，内侧具有用于吸入再循环氢气的内腔室；喷嘴部，设置在所述腔体块的一侧，与氢气供给排管相连；以及扩散器，设置在所述腔体块的另一侧，混合通过所述喷嘴部所喷射的供给氢气和流入到所述内腔室的再循环氢气而供给至燃料电池堆；其中，所述喷嘴部可相对于所述腔体块做前后方向移动，且借由设置在其与所述腔体块之间的弹性体来被弹性支撑。

（发明效果）

根据本发明实施例的燃料电池车辆用喷射器，对应于所供给氢气的流动压力，喷嘴部的位置能够前后方移动，因此可改善再循环氢气的流动且提高喷射器的吸力及再循环性能。

而且，根据本发明实施例的燃料电池车辆用喷射器，如上所述对喷嘴部的位置调节是通过弹性支撑喷嘴部的弹性体来实现的，因此既结构简单又无需额外的驱动源，即可调节喷嘴部的位置。

附图说明

图1为车辆用燃料电池系统的整体构成图。

图2为示出根据本发明一实施例的燃料电池车辆用喷射器的立体图。

图3为图2所示燃料电池车辆用喷射器的侧剖视图。

图4为图3所示燃料电池车辆用喷射器的局部放大图。

图5为图2至图4所示燃料电池车辆用喷射器的工作状态图。

*符号说明*

100：燃料电池车辆用喷射器  110：腔体块

120：扩散器                130：喷嘴部

具体实施方式

以下，参照附图说明车辆用燃料电池系统的整体构成。

图1是车辆用燃料电池系统的整体构成图。

参照图1，车辆用燃料电池系统S可以包括：产生电力的燃料电池堆10；向燃料电池堆10供给空气的空气供给线20；向燃料电池堆10供给氢气的氢气供给线30；使得制冷剂向燃料电池堆10循环的制冷剂循环线40；排出燃料电池堆10的反应副产物的排放系统50；以及使得未反应氢气等向燃料电池堆10重新再循环的再循环线60。

如上所述的车辆用燃料电池系统S通过空气供给线20和氢气供给线30分别向燃料电池堆10供给空气（氧气）和氢气，而燃料电池堆10使得被供给的空气（氧气）和氢气产生电化学反应以产生电力。同时，制冷剂循环线40使得制冷剂向燃料电池堆10循环以冷却反应时产生的热量，作为反应副产物的水分（水）或未反应气体等通过排放系统50被排出到外部。而且，再循环线60使得在燃料电池堆10内部未反应的氢气等重新再循环至燃料电池堆10以增大反应效率等。

对各构成做更加详细的说明如下，燃料电池堆10具有将薄膜（membrane）置于彼此之间的阳极（anode）和阴极（cathode），使得分别向所述阳极和阴极供给的氢气和氧气发生电化学反应以产生电力，生成作为反应副产物的热量、水分（水）等。通常，燃料电池堆10具有如上所述的阳极、阴极、薄膜等以盘装层叠的堆栈（stack）结构。

空气供给线20可包括空气压缩机21和空气加湿器22。空气压缩机21吸入外部气体而压缩供给至燃料电池堆10，空气加湿器22为了增大反应效率等而加湿所供给的空气。

氢气供给线30可以包括氢气罐31、调节器32、氢气切断阀33、氢气供给阀34及喷射器35。在氢气罐31压缩储藏有用于向燃料电池堆10供给的氢气，调节器32与氢气罐31相连以用于对从氢气罐31所供给的高压氢气进行减压而供给到燃料电池堆10。经由调节器32被减压的氢气流经氢气切断阀33及氢气供给阀34而供给到喷射器35。此时，氢气切断阀33具有异常时切断氢气供给的功能，氢气供给阀34为可变控制阀的一种以用于调节供给至燃料电池堆10的氢气压力。在此，喷射器35混合通过氢气供给阀34所供给的氢气和通过再循环线60所再循环的氢气而供给到燃料电池堆10，其以缩小喷嘴或缩小-扩大喷嘴的形态形成，借由高速的氢气喷射所形成的低压来吸入再循环的氢气。

另外，制冷剂循环线40可以包括制冷剂泵41、节温器42、散热器43、三通阀44及去离子器45。制冷剂泵41从燃料电池堆10提供用于循环制冷剂的驱动力，节温器42通过迂回线与三通阀44相连以调节所循环制冷剂的温度。散热器43使得制冷剂与外部气体或其他二次制冷剂进行热交换以用于冷却制冷剂，去离子器45在所循环的制冷剂重新被注入到燃料电池堆10之前，从制冷剂去除离子。

再循环线60可以包括氢气加湿器61、氢气再循环风机62。在燃料电池堆10里未反应的氢气等之中的一部分通过排放系统50排出到外部，而剩余部分被迂回而可供给到再循环线60的氢气加湿器61。氢气加湿器61对如上所述被迂回而再循环的氢气进行加湿，氢气再循环风机62向喷射器35供给被加湿的氢气，以使未反应的氢气可重新再循环到燃料电池堆10。

另外，排放系统50向外部排出作为燃料电池堆10之反应副产物的水分（水）、空气（氧气）、氢气等。而如前所述，未反应的氢气等根据需要其一部分流入到再循环线60而重新供给到燃料电池堆10。

并且，燃料控制部70通过有线及/或无线的方式与如上所述车辆用燃料电池系统S的各构成相电连接，以用于驱动控制阀门的开闭或泵的工作等。例如，燃料控制部70通过控制氢气供给线30的氢气供给阀34来调节供给至燃料电池堆10的氢气量，或者通过控制再循环线60的氢气再循环风机62来调节再循环的氢气量等，以此可驱动控制车辆用燃料电池系统S的各构成。

在如上所述车辆用燃料电池系统S中，喷射器35向燃料电池堆10供给通过氢气供给线30所供给的氢气的同时，吸入通过再循环线60所再循环的混合有氮气和水分的氢气，以与氢气供给线30中的氢气一同混合喷射到燃料电池堆10，其为组成车辆用燃料电池系统S的核心构成之一。

通常，如上所述的喷射器35借助从氢气罐31所供给之氢气的压力来吸入再循环的氢气，此时，仅靠喷射器35的吸力还难以满足所需的再循环性能，因此需要氢气再循环风机62的辅助。即，单靠喷射器35的再循环性能时所不足的吸力是通过氢气再循环风机35来填补的。但是，氢气再循环风机35毕竟要通过外部能量（电力）来驱动，因此再循环所需的驱动源越是依靠氢气再循环风机35，那么车辆用燃料电池系统S的能量效率就越低。因而，为了增大能量效率，需要提高喷射器35的再循环性能。

以下，参照附图说明根据本发明一实施例的燃料电池车辆用喷射器。只是在以下，为了便于说明，与前述的图1不同，重新赋予了附图符号。

图2是示出了根据本发明一实施例的燃料电池车辆用喷射器的立体图。图3是图2所示燃料电池车辆用喷射器的侧剖视图。图4是图2所示燃料电池车辆用喷射器的局部放大图。

参照图2至图4，根据本实施例的燃料电池车辆用喷射器100可以包括腔体块110、扩散器120及喷嘴部130。

以下，为了便于说明，将通过氢气供给排管P向燃料电池车辆用喷射器100供给氢气的一侧称之为前方，而通过扩散器120向燃料电池堆喷射氢气的一侧称之为后方。

腔体块110在内侧具有内腔室111，而向内腔室111的一侧流入再循环的氢气（混合有氮气、水分等）。如上参照图1所说明，再循环的氢气通过再循环线被供给到腔体块110。

扩散器120可安装在腔体块110的后端。扩散器120对通过腔体块110内部的内腔室111所吸入的再循环氢气和通过喷嘴部130所喷射的供给氢气进行混合而提供至燃料电池堆。

在扩散器120的内侧可以设置所供给氢气和再循环氢气被混合及流动的混合流路121。混合流路121，其前端部与腔体块110内部的内腔室111相连通，并形成有可使再循环氢气被吸入至流路内的再循环吸入口112。并且，在混合流路121的前端中心部侧设有喷嘴部130，使得通过氢气供给线所供给的氢气以预定的压力及速度喷射。

混合流路121的前端部越往后方流路的端面积可变得越小，而在中端部可形成使得流路的端面积保持一定的区间。并且，混合流路121的后端部越往后方流路的端面积可重新逐渐变得越大。这是为了利用通过喷嘴部130向前端部所供给的低压高速的氢气，来经由再循环吸入口112吸入再循环氢气的同时，向燃料电池堆供给相对高压低速的混合氢气（即，所供给氢气和再循环氢气相混合）。

另外，扩散器120可以具有用于保持气密性的第三密封部122。第三密封部122设置在扩散器120与腔体块110的结合部位而能够防止氢气泄露。

喷嘴部130，其前端与氢气供给排管P相连，后端设置在扩散器120内的混合流路121上，以用于通过氢气供给排管P所供给的氢气喷射到混合流路121。

此时，根据本实施例的喷嘴部130可以形成为能够向前后方向移动。即，喷嘴部130的前端插入设置在氢气供给排管P内而可沿前后方向以预订程度滑动移动，喷嘴部130的中端贯通腔体块110且可相对于腔体块110做前后方向滑动移动。换言之，根据本实施例的喷嘴部130并非完全固定在氢气供给排管P或腔体块110，而是被安装为可相对于氢气供给排管P或腔体块110做前后方向移动。这是为了通过氢气供给排管P所供给的氢气之压力来使得喷嘴部130做前后方向移动，借此提高基于所供给氢气之喷射的吸入性能乃至再循环性能。

对喷嘴部130的构成做更加具体说明如下，喷嘴部130可以包括：喷嘴131，其内侧设有氢气供给流路131a；喷嘴托架132，用于将喷嘴131安装及支撑在腔体块110。

喷嘴131，其前端插入设置在氢气供给排管P，后端朝向扩散器120内的混合流路121而设置。喷嘴131内的氢气供给流路131a，其前端与氢气供给排管P内的流路相连通，后端与扩散器120内的混合流路121相连通。因此，通过氢气供给排管P所供给的氢气经由喷嘴131内的氢气供给流路131a流动而排出到后端的混合流路121。此时，喷嘴131内的氢气供给流路131a，其后端部的流路端面积可以具有逐渐变窄的形状，以用于将所供给的氢气以低压高速的状态喷射到混合流路121内。

在此，喷嘴131的前端插入设置在氢气供给排管P内，为了保持喷嘴131的前端与氢气供给排管P之间的气密性，在喷嘴131的前端可以设置第一密封部133。第一密封部133设置在喷嘴131的前端与氢气供给排管P之间，以用于防止氢气泄露。尤其，根据本实施例的燃料电池车辆用喷射器100，其喷嘴131可在氢气供给排管P内做前后方向滑动移动，因此有必要通过如上所述的第一密封部133来形成喷嘴131与氢气供给排管P之间的防泄漏结构。

并且，在喷嘴131贯通腔体块110的喷嘴131的终端部可以设置第二密封部135。第二密封部135与前述的第一密封部133类似，为了在喷嘴131做前后方向移动时防止氢气泄露，而设置在喷嘴131与腔体块110之间。

另外，喷嘴托架132用于将喷嘴131支撑及安装到腔体块110的一侧，可在喷嘴131的外周面向半径方向扩张而形成。此时，喷嘴托架132与腔体块110之间可以具有一定程度的间隔，以用于能够相对于腔体块110做前后方向移动。

另外，喷嘴托架132可以被弹性体134所弹性支撑。弹性体134设置在喷嘴托架132与腔体块110之间，朝所供给氢气之流动方向的反方向弹性支撑喷嘴托架132及喷嘴131。换言之，弹性体134朝与氢气供给排管P所供给的氢气施加至喷嘴托架132及喷嘴131上的外力方向相反的方向弹性支撑喷嘴托架132及喷嘴131。借此，喷嘴托架132及喷嘴131可根据所供给的氢气所施加之外力的大小相对于腔体块110或氢气供给排管P做前后方向移动。对此，将在说明本实施例的工作时进行追加说明。

以下，参照附图说明根据本实施例的燃料电池车辆用喷射器的工作过程。

图5是图2至图4所示燃料电池车辆用喷射器的工作状态图。

图5（a）示例性示出了通过氢气供给排管P所供给之氢气的压力为第一压力时的情形，其中所供给的氢气通过喷嘴131的氢气供给流路131a被喷射到后端的扩散器120，并在扩散器120内的混合流路121里与再循环氢气相混合而供给到燃料电池堆。此时，再循环氢气根据在喷嘴131的后端所喷射的低压高速的氢气流动而从内腔室111通过再循环吸入口112流入到扩散器120内的混合流路121。

同时，在如上所述的状态下，喷嘴部130可被弹性体134所弹性支撑而保持其位置。即，通过氢气供给排管P所供给的氢气向喷嘴部130施加朝后方的外力，对应于此，设在腔体块110与喷嘴部130之间的弹性体134向前方弹性支撑喷嘴部130，此时氢气流动所致的外力与弹性体134的弹性力达到平衡，以至于决定及保持喷嘴部130的位置。

图5（b）示出了通过氢气供给排管P以第二压力供给氢气时燃料电池车辆用喷射器100的工作情形，此时，所述第二压力大于前述的第一压力。

当以相比前述的第一压力较大的第二压力供给氢气时，通过氢气供给排管P所供给的氢气会向喷嘴部130施加相对较大的外力。此时，随着所对抗外力的变大，弹性体134相对地被压缩，并根据弹性体134的压缩，喷嘴部130向后方移动一定距离。换言之，如前述的图5（a）所示，在所供给氢气的外力与弹性体134的弹性力达到平衡的状态下，若所供给之氢气所致的外力变大，则喷嘴部130将移动到如图5（b）所示的位置，同时氢气流动所致的外力与弹性体134的弹性力重新达到平衡。

如上所述，当喷嘴部130向后方移动时，喷嘴131的后端的位置会更加靠近扩散器120的方向，从而经由喷嘴131所供给之氢气的喷射位置得以调整，借此再循环吸入口112与喷嘴131后端之间的距离也自然得到调整。尤其，如上所述喷嘴部130的移动并非通过外部的驱动源等完成，而是根据氢气的流动压力等自然实现，因此可改善内腔室111内再循环氢气的流动，借此还可以提高经由再循环吸入口112的吸力。另外，还可以根据需要适当选择及调整弹性体134的弹性系数或弹性力，以使气体流动更加顺畅。

在此，如上所述喷嘴部130的移动或位置调整在通过氢气供给排管P供给氢气的过程中连续发生。换言之，对应于所供给氢气的流动变化，喷嘴部130自然地向前后方向移动以及完成位置调整。因此，不论所供给氢气的连续压力或流动变化，喷嘴部130都能够移动至适当的对应位置，从而可以改善再循环气体等的流动，借此能够得到吸力的提高及再循环性能的改善等技术效果。

进一步而言，根据本实施例的燃料电池车辆用喷射器100，通过氢气流动所致的外力与弹性体134的弹性力之间的平衡，来对喷嘴部130的位置进行可变调整，从而不需要额外的外部驱动源等。因此在可以简化结构的同时，能够有效调整喷嘴部130的位置，因而从制造费用或组装性的层面也可以带来有利的技术优点。

以上，对本发明的一实施例进行了说明，但本领域的普通技术人员能够在不脱离权利要求书中记载的本发明思想的范围内，通过进行构成要素的添加、变更、删除或追加等，可以对本发明做各种修改或变更，而这些应当都包含在本发明的权利要求范围中。

Claims (7)

1.一种燃料电池车辆用喷射器，其特征在于，包括：

腔体块（110），内侧具有用于流入再循环氢气的内腔室（111）；

喷嘴部（130），设置在所述腔体块（110）的一侧，与氢气供给排管（P）相连；以及

扩散器（120），设置在所述腔体块（110）的另一侧，混合通过所述喷嘴部（130）所喷射的供给氢气和流入到所述内腔室（111）的再循环氢气而供给至燃料电池堆；

其中，所述喷嘴部（130）相对于所述腔体块（110）可做前后方向移动，且借由设置在其与所述腔体块（110）之间的弹性体（134）来被弹性支撑。

2.如权利要求1所述的燃料电池车辆用喷射器，其特征在于，

所述弹性体（134）朝与通过所述氢气供给排管（P）所供给的氢气的流动方向相反的方向弹性支撑所述喷嘴部（130）。

3.如权利要求1所述的燃料电池车辆用喷射器，其特征在于，

所述弹性体（134）朝与通过所述氢气供给排管（P）所供给的氢气施加到所述喷嘴部（130）的外力方向相反的方向弹性支撑所述喷嘴部（130）。

4.如权利要求1所述的燃料电池车辆用喷射器，其特征在于，

所述喷嘴部（130）根据通过所述氢气供给排管（P）所供给的氢气施加的外力与所述弹性体（134）所致的弹性力之间的平衡，来调整前后方向位置。

5.如权利要求1所述的燃料电池车辆用喷射器，其特征在于，

所述喷嘴部（130）包括：

喷嘴（131），前端插入结合在所述氢气供给排管（P）之内，并贯通结合在所述腔体块（110），用于向所述扩散器120喷射所供给的氢气；以及

喷嘴托架（132），用于将所述喷嘴（131）安装到所述腔体块（110），通过设置在其与所述腔体块（110）之间的所述弹性体（134）来被弹性支撑。

6.如权利要求5所述的燃料电池车辆用喷射器，其特征在于，

所述喷嘴（131）具有设置在其与所述氢气供给排管（P）之间而用于防止氢气泄漏的第一密封部（133）。

7.如权利要求5所述的燃料电池车辆用喷射器，其特征在于，

所述喷嘴（131）具有设置在其与所述腔体块（110）之间而用于防止氢气泄漏的第二密封部（135）。

Images