CN111029617A - 可用于燃料电池的喷射器、燃料电池系统及燃料电池车辆 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种可用于燃料电池的喷射器，包括：喷射器主体，所述喷射器主体中集成有第一流动通路和第二流动通路，其中，所述第一流动通路具有第一入口和第一出口，配置成可将燃料供送到所述燃料电池中；所述第二流动通路具有再循环入口和再循环出口，所述再循环入口用于接收所述燃料电池的未反应的燃料，所述再循环出口通向所述第一流动通路，以再循环所述未反应的燃料。本公开还提供了一种燃料电池系统以及具有燃料电池系统的燃料电池车辆。根据本公开的实施例，未使用的氢气被再循环时，能够减小压降，改善流动的稳定性。同时，整个燃料电池(组)的再循环系统更加紧凑。

Description

可用于燃料电池的喷射器、燃料电池系统及燃料电池车辆
技术领域
本公开涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种带有燃料再循环系统的燃料电池喷射器、燃料电池系统以及燃料电池车辆。
背景技术
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高；另外，燃料电池用燃料和氧气作为原料；同时没有机械传动部件，故没有噪声污染，排放出的有害气体极少。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是非常有发展前途的发电技术。
通常的氢燃料电池中，从氢气罐中提供氢气，通过燃料供送管路被供应给燃料电池的阳极。燃料供应管路包括燃料喷射阀以及喷射器。燃料喷射阀设置成与氢气罐流体连通，并且设置在喷射器的上游，以控制通过喷射器的氢气的流动。喷射器中的通路可用于将氢气输送到燃料电池或者燃料电池组的燃料入口。
在氢燃料电池中，提供给阳极的氢气在阴极一侧与氧化剂(诸如氧气)发生反应，产生电能。之后，燃料电池中尚未被消耗掉的氢气通过再循环管路被再循环到燃料供送管路中。再循环管路提供了燃料电池出口与喷射器中低压入口之间的燃料连通。在来自燃料供送管路以及穿过喷射器的氢气流存在的情况下，喷射器从再循环管道中将气体抽吸出来，并随着来自燃料供送管路的氢气流一起喷射到燃料电池中。燃料喷射阀控制着穿过燃料供送管路的氢气流(如图1所示)。
现有的氢燃料再循环系统存在诸多不足。例如，通过单独的再循环管路，将未反应的氢气从燃料电池再循环回到喷射器，会导致压力的下降，并导致流动的不稳定性。另外，在燃料电池车辆中，燃料电池组内部和周围的空间非常有限而且宝贵。因此，现有技术中需要一种改善的带有燃料再循环系统的燃料电池。
背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。
概述
有鉴于现有技术缺陷中的至少一个，本公开提出一种可用于燃料电池的喷射器，包括：喷射器主体，所述喷射器主体中集成有第一流动通路和第二流动通路，其中，所述第一流动通路具有第一入口和第一出口，配置成可将燃料供送到所述燃料电池中；所述第二流动通路具有再循环入口和再循环出口，所述再循环入口用于接收所述燃料电池的未反应的燃料，所述再循环出口通向所述第一流动通路，以再循环所述未反应的燃料。
根据本公开的一个方面，所述喷射器主体在所述第一入口处的形状构造成可用作燃料喷射阀的阀座。
根据本公开的一个方面，所述第一出口密封连接到所述燃料电池的燃料入口，所述再循环入口密封连接到所述燃料电池的燃料出口以接收所述未反应的燃料。
根据本公开的一个方面，所述第一入口配置成接收氢气，所述第一出口配置成将氢气供送到所述燃料电池中，所述再循环入口配置成接收所述燃料电池中未反应的氢气。
根据本公开的一个方面，所述第一流动通路和第二流动通路基本平行。
本公开还涉及一种燃料电池系统，包括：燃料罐；燃料电池，所述燃料电池具有燃料入口和燃料出口；和喷射器，所述喷射器包括喷射器主体，所述喷射器主体中集成有第一流动通路和第二流动通路，其中，所述第一流动通路具有第一入口和第一出口，所述第一入口配置成接收来自所述燃料罐的燃料，所述第一出口可将燃料供送到所述燃料电池中；所述第二流动通路具有再循环入口和再循环出口，所述再循环入口用于接收所述燃料电池的未反应的燃料，所述再循环出口通向所述第一流动通路，以再循环所述未反应的燃料。
根据本公开的一个方面，所述燃料电池系统还包括燃料喷射阀，所述燃料喷射阀连接在所述燃料罐和所述喷射器之间，所述喷射器主体在所述第一入口处用作所述燃料喷射阀的阀座。
根据本公开的一个方面，所述第一出口密封连接到所述燃料电池的燃料入口，所述再循环入口密封连接到所述燃料电池的燃料出口以接收所述未反应的燃料。
根据本公开的一个方面，所述第一入口配置成接收氢气，所述第一入口配置成将氢气供送到所述燃料电池中，所述再循环入口配置成接收所述燃料电池中未反应的氢气，所述第一流动通路和第二流动通路基本平行。
本公开还涉及一种燃料电池车辆，包括如上所述的燃料电池系统。
根据本公开的实施例的可用于燃料电池的喷射器，具有集成的再循环管路和燃料喷射阀座。将再循环管路与喷射器集成在一起，能够在燃料(例如氢气)被再循环回到燃料供送管路之前，减小氢气的流动路径长度。再循环氢气的流动路径长度的减小，进而减小了压降，改善了流动稳定性。同样的，喷射器入口包括了喷射阀座的几何轮廓，有助于安装和配置燃料喷射阀。另外，将再循环管路和流动控制阀座集成在一起，提供了可用于燃料电池的紧凑的再循环系统
附图说明
构成本公开的一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
图1示意性示出了现有的氢燃料电池的再循环系统的结构图；
图2示意性示出了根据本公开的第一实施例的可用于燃料电池的喷射器的结构图；
图3示出了根据本公开的第一实施例的喷射器的局部剖视图，以清楚显示出第一流动通路的第一入口；
图4示出了根据本公开的第一实施例的喷射器的局部剖视图；和
图5示出了根据本公开第二实施例的一种燃料电池系统。
附图标记说明：
1喷射器；2燃料电池；3燃料喷射阀；4燃料罐；10喷射器主体；101第一流动通路；102第二流动通路；1011第一入口；1012第一出口；102第二流动通路；1021再循环入口；1022再循环出口；11端面；
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本公开的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本公开的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本公开的不同结构。为了简化本公开的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本公开。此外，本公开可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本公开提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
以下结合附图对本公开的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本公开，并不用于限定本公开。
第一实施例
图2示意性示出了根据本公开的第一实施例的可用于燃料电池的喷射器1的示意图。如图2所示，喷射器1包括喷射器主体10。在图2所示的系统中，喷射器1连接在燃料喷射阀3与燃料电池2之间，用于将来自燃料喷射阀3的燃料供送到燃料电池2，在燃料电池2内发生反应并产生电能。如图2所示，喷射器主体10中形成有第一流动通路101和第二流动通路102，其中第一流动通路101为燃料供应通路，第二流动通路102为燃料再循环通路，以下分别详细描述第一流动通路101和第二流动通路102的结构。
如图2和3所示，第一流动通路101基本沿着喷射器主体10的纵向延伸，具有第一入口1011和第一出口1012。其中第一入口1011用于连接上游的燃料喷射阀3，从而接收燃料喷射阀3送入的燃料。第一出口1012例如可直接或者间接地连接到燃料电池2的燃料入口，例如可以密封连接到燃料电池2的燃料入口。因此燃料喷射阀3送入的燃料经过第一入口1011和第一出口1012(即通过第一流动通路101)，被供送到燃料电池2中，以在其中进行反应，并释放出电能。
如图2和图3所示，第二流动通路102集成在喷射器主体10中，并且具有再循环入口1021和再循环出口1022。其中再循环入口1021与燃料电池2的燃料出口连通，例如密封连接到燃料电池2的燃料出口，从而能够接收燃料电池2中未发生反应或未被消耗的燃料。再循环出口1022通向所述第一流动通路101中，提供了第二流动通路102与第一流动通路101之间的流体连通，从而能够把未反应或未被消耗的燃料再循环到第一流动通路101中，重新供送到燃料电池2中。在喷射器1工作过程中，第一流动通路101中的流体燃料流动速度较快，因此能够在第二流动通路102的再循环出口1022处产生一定的抽吸力，从而能够有效地将未反应或未被消耗的燃料抽吸到第一流动通路中。或者进一步优选的，本领域技术人员可以构思出在第二流动通路102中设置泵或者鼓风机，以增强再循环的效果。除了上述提到的作用，再循环的氢气还可以起到使得燃料入口变得较为润湿的作用，并且确保电池具有足够的氢气用于反应和产生电力。
根据本公开的一个优选的实施例，如图2和图4所示，所述第一流动通路101和第二流动通路102是基本平行的。由于第一流动通路和第二流动通路都集成设置在所述喷射器主体10中并且二者是基本平行设置的，因此可以使得带有燃料再循环结构的整个喷射器系统更加紧凑。
根据本公开的一个实施例，第一流动通路101的第一出口1012与第二流动通路102的再循环入口1021基本共线，即大致在一个平面上。这样可有助于将喷射器连接到燃料电池上。
根据本公开的一个实施例，喷射器主体10在第一入口1011附近的部分构造成可用作燃料喷射阀3的阀座，例如端面11可被用作燃料喷射阀3的阀座。
根据本公开的一个实施例，所述燃料为氢气燃料。本领域技术人员可以理解，本公开的保护范围不限于氢气燃料，也可以适用于其他类型的燃料电池。
另外，在上述的描述中，喷射阀3并非是喷射器1的一部分。但本领域技术人员也可以构思出，将喷射阀集成为喷射器1的一个整体部分，由此可使得整个喷射器的结构更加紧凑。
第二实施例
图5示出了根据本公开第二实施例的一种燃料电池系统。如图5所示，燃料电池系统包括燃料罐4、燃料电池2以及喷射器1。喷射器1例如为根据本公开第一实施例的喷射器。所述燃料电池2具有燃料入口和燃料出口。如图2-4所示，喷射器1包括喷射器主体10，喷射器主体10中集成有第一流动通路101和第二流动通路102，其中，所述第一流动通路101具有第一入口1011和第一出口1012，第一入口1011配置成接收来自所述燃料罐4的燃料，所述第一出口1012可将燃料供送到所述燃料电池2中。第二流动通路102具有再循环入口1021和再循环出口1022，所述再循环入口1021用于接收所述燃料电池2的未反应的燃料，所述再循环出口1022通向所述第一流动通路101，以再循环所述未反应的燃料。
根据一个优选实施例，所述燃料电池系统还包括燃料喷射阀3，所述燃料喷射阀连接在所述燃料罐4和所述喷射器1之间。喷射器主体10在第一入口1011附近的部分构造成可用作燃料喷射阀3的阀座，例如端面11可被用作燃料喷射阀3的阀座。当然，也可以构思，将燃料喷射阀3集成在喷射器1中，以使得整个系统的构造更加紧凑。这些都在本公开的保护范围内。
根据一个优选的实施例，第一出口1012密封连接到所述燃料电池2的燃料入口，所述再循环入口1021密封连接到所述燃料电池2的燃料出口以接收所述未反应的燃料。
根据一个优选的实施例，燃料罐4中容纳的是氢气，燃料电池为氢燃料电池。因此所述第一入口配置成接收氢气，所述第一入口配置成将氢气供送到所述燃料电池中，所述再循环入口配置成接收所述燃料电池中未反应的氢气。当然本公开的保护范围不限于氢燃料电池，也可以适用于其他类型的燃料电池。
另外根据一个优选的实施例，第一流动通路101和第二流动通路102基本平行。
第三实施例
本公开的第三实施例涉及一种燃料电池车辆，包括如上所述的喷射器或者燃料电池系统。
根据本公开的实施例的可用于燃料电池的喷射器，具有集成的再循环管路和燃料喷射阀座。将再循环管路与喷射器集成在一起，能够在燃料(例如氢气)被再循环回到燃料供送管路之前，减小氢气的流动路径长度。再循环氢气的流动路径长度的减小，进而减小了压降，改善了流动稳定性。同样的，喷射器入口包括了喷射阀座的几何轮廓，有助于安装和配置燃料喷射阀。另外，将再循环管路和流动控制阀座集成在一起，提供了可用于燃料电池的紧凑的再循环系统。
通过本公开的方案，未使用的氢气被再循环时，能够减小压降，改善流动的稳定性。同时，整个燃料电池(组)的再循环系统更加紧凑。
以上所述仅为本公开的较佳实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
最后应说明的是：以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可用于燃料电池的喷射器，包括：
喷射器主体，所述喷射器主体中集成有第一流动通路和第二流动通路，
其中，所述第一流动通路具有第一入口和第一出口，配置成可将燃料供送到所述燃料电池中；所述第二流动通路具有再循环入口和再循环出口，所述再循环入口用于接收所述燃料电池的未反应的燃料，所述再循环出口通向所述第一流动通路，以再循环所述未反应的燃料。
2.根据权利要求1所述的喷射器，其中所述喷射器主体在所述第一入口处的形状构造成可用作燃料喷射阀的阀座。
3.根据权利要求1或2所述的喷射器，其中，所述第一出口密封连接到所述燃料电池的燃料入口，所述再循环入口密封连接到所述燃料电池的燃料出口以接收所述未反应的燃料。
4.根据权利要求1或2所述的喷射器，其中，所述第一入口配置成接收氢气，所述第一出口配置成将氢气供送到所述燃料电池中，所述再循环入口配置成接收所述燃料电池中未反应的氢气。
5.根据权利要求1或2所述的喷射器，其中，所述第一流动通路和第二流动通路基本平行。
6.一种燃料电池系统，包括：
燃料罐；
燃料电池，所述燃料电池具有燃料入口和燃料出口；和
喷射器，所述喷射器包括喷射器主体，所述喷射器主体中集成有第一流动通路和第二流动通路，其中，所述第一流动通路具有第一入口和第一出口，所述第一入口配置成接收来自所述燃料罐的燃料，所述第一出口可将燃料供送到所述燃料电池中；所述第二流动通路具有再循环入口和再循环出口，所述再循环入口用于接收所述燃料电池的未反应的燃料，所述再循环出口通向所述第一流动通路，以再循环所述未反应的燃料。
7.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其中，所述燃料电池系统还包括燃料喷射阀，所述燃料喷射阀连接在所述燃料罐和所述喷射器之间，所述喷射器主体在所述第一入口处用作所述燃料喷射阀的阀座。
8.根据权利要求6或7所述的燃料电池系统，其中，所述第一出口密封连接到所述燃料电池的燃料入口，所述再循环入口密封连接到所述燃料电池的燃料出口以接收所述未反应的燃料。
9.根据权利要求6或7所述的燃料电池系统，其中，所述第一入口配置成接收氢气，所述第一入口配置成将氢气供送到所述燃料电池中，所述再循环入口配置成接收所述燃料电池中未反应的氢气，所述第一流动通路和第二流动通路基本平行。
10.一种燃料电池车辆，包括如权利要求6-9中任一项所述的燃料电池系统。
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