CN117652044A - 燃料供应设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种用于燃料电池系统的燃料供应设备，该设备包括歧管单元、燃料供应流动路径、燃料再循环流动路径、至少一个阀和加热装置。歧管单元包括主体。通过燃料供应流动路径将燃料供应到所述燃料电池系统的入口，燃料供应流动路径至少部分地延伸通过歧管单元的主体。通过燃料再循环流动路径将残余燃料从所述燃料电池系统的出口输送到燃料供应流动路径，燃料再循环流动路径至少部分地延伸通过歧管单元的主体。至少一个阀用于控制沿着燃料供应流动路径和/或燃料再循环流动路径的流动，其中至少一个阀与歧管单元的主体一体形成。加热装置的至少加热部与歧管单元的主体一体形成。

Description

燃料供应设备

技术领域

本发明涉及一种用于燃料电池系统的燃料供应设备，并且涉及一种包括燃料供应设备的燃料电池系统。

背景技术

典型的燃料电池系统被构造用于与以诸如氢气的气体形式的燃料一起使用。在这样的系统中，燃料经由供应歧管从燃料存储罐被引入到系统。然后燃料进入燃料电池堆以用于发电。

为了使发电反应连续发生，必须控制燃料电池堆中的燃料的压力和流量。在燃料是氢气的情况下，必须重新更新燃料电池堆内的氢气，以便将氢气保持在所需浓度。燃料电池系统通常且不可避免地包括水，使得当温度低于某一点时可以形成冰。一般地，当温度降至4℃以下时，就会形成冰。冰会阻止燃料电池系统内的移动部件的移动。这在燃料电池堆在低温下启动(称为冷启动)时是一个特定的问题。

并非所有供应到燃料电池堆的燃料都在发电中被消耗掉。这样的残余燃料被从燃料电池堆中去除，并且可以在系统内再循环以避免浪费。

当环境温度低时，燃料存储罐内的氢气处于类似的低温。来自燃料存储罐的相对冷的氢气经过供应歧管并与来自燃料电池堆的再循环残余燃料混合。这种再循环的残余燃料具有相对高的湿度和高温，例如约70-85℃。当来自存储罐的冷燃料与温度较高的再循环燃料相遇时，会发生冷凝，使得燃料内存在水位过高的风险，这可能导致燃料电池堆性能下降。

包括用于来自燃料电池堆的残余燃料的再循环系统的供应歧管通常包含诸如阀的多个移动部件，例如用于将燃料与燃料存储罐隔离并控制通过供应歧管的燃料的流动的截止阀。因此，在这种结构中，结冰是一个特别令人关注的问题。

已知使用诸如正温度系数(PTC)加热器的加热器来直接加热特定部件，例如，单个阀。然而，在供应歧管包括多个移动部件(例如，阀)的情况下，则需要多个加热器，这会增加系统的复杂性。

本结构旨在解决上述问题中的一个或多个。

发明内容

本发明的各方面和实施例提供一种用于燃料电池系统的燃料供应设备，所述设备包括歧管单元、燃料供应流动路径、燃料再循环流动路径、至少一个阀和加热装置。歧管单元包括主体。通过燃料供应流动路径将燃料供应到燃料电池系统的入口，燃料供应流动路径至少部分地延伸通过歧管单元的主体。通过燃料再循环流动路径将残余燃料从燃料电池系统的出口输送到燃料供应流动路径，燃料再循环流动路径至少部分地延伸通过歧管单元的主体。至少一个阀用于控制沿着燃料供应流动路径和/或燃料再循环流动路径的流动，其中至少一个阀与歧管单元的主体一体形成。加热装置的至少加热部与歧管单元的主体一体形成。

提供具有加热装置的与歧管单元主体一体形成的至少加热部的加热装置，有利地允许部件(例如，一个或每个阀，和/或燃料供应流动路径)的加热被保持在歧管单元内。因此，诸如一个或每个阀的移动部件的结冰被抑制。燃料供应流动路径内的燃料可以被加热，从而减少当燃料供应流动路径内的燃料遇到再循环燃料时产生的冷凝。

在示例性实施例中，加热装置被构造用于加热歧管单元的主体。

加热主体提供同时降低诸如阀的移动部件的结冰并减少冷凝的益处。阀的间接加热允许使用单个系统来加热燃料供应设备的多个阀或其他部件，而不是多个加热系统，这有利地简化了系统。

在示例性实施例中，加热装置包括冷却剂流动路径，并且冷却剂流动路径至少部分地延伸通过歧管单元的主体。

使用加热的冷却剂来提高主体的温度是一种简单有效的加热主体的方式。

在示例性实施例中，歧管单元的主体包括两个或更多个可分离部件，并且冷却剂流动路径延伸通过歧管单元的主体的两个或更多个可分离部件中的每一个。

延伸通过歧管单元的所有部件的冷却剂流动路径允许热量通过歧管单元被有效地散布。

在示例性实施例中，歧管单元的主体基本上由金属材料制成。

在示例性实施例中，歧管单元的主体基本上由铝制成。

在示例性实施例中，歧管单元的主体基本上由不锈钢制成。

歧管单元的主体由具有相对高的导热性的材料制成，例如，金属材料，例如铝或钢，这有助于将热量从冷却剂流动路径输送到燃料供应设备的部件。

在示例性实施例中，燃料供应设备包括用于控制沿着燃料供应流动流动路径的流动的第一阀和用于控制沿着燃料再循环流动路径的流动的第二阀。

加热装置允许在燃料供应系统中使用多个阀，并且降低了这些阀结冰的可能性。

在示例性实施例中，第一阀和第二阀彼此一体形成。

加热装置允许不同的阀结构，而不需要为每个阀定制加热器。

在示例性实施例中，燃料供应设备还包括第一喷射器，所述第一喷射器用于将再循环燃料从燃料再循环流动路径引入到燃料供应流动路径。

加热装置在具有用于引入再循环燃料的喷射器的燃料供应设备中提供降低结冰的可能性。

在示例性实施例中，燃料供应流动路径包括第一分支和与第一分支平行布置的第二分支。燃料再循环流动路径包括第一分支和第二分支。燃料供应设备还包括：第一喷射器，所述第一喷射器用于将再循环燃料从燃料再循环流动路径的第一分支引入到燃料供应流动路径的第一分支；第二喷射器，所述第二喷射器用于将再循环燃料从燃料再循环流动路径的第二分支引入到燃料供应流动路径的第二分支；第一阀，所述第一阀用于控制燃料供应流动路径的第二分支处的流动；和第二阀，所述第二阀用于控制燃料再循环流动路径的第二分支处的流动。

有利地，通过在残余燃料的再循环中使用喷射器而不是泵减少了燃料供应设备的成本，并且降低了设备的复杂性。只有在需要时，即当燃料电池系统以较高的功率率操作时，才通过使用第二喷射器来提高再循环性能。第二喷射器可以通过第一阀和第二阀与设备隔离。在这样的燃料供应设备中，即，在具有有效的燃料再循环和相关联的多个阀的情况下，结冰可能性的降低是特别有利的。

在示例性实施例中，第一阀和第二阀中的每一个都具有阻止流动的第一关闭位置和允许流动的第二打开位置。当燃料电池系统以较低的第一功率率操作时，第一阀和第二阀处于第一关闭位置，使得阻止再循环燃料在第二喷射器处被引入到燃料供应流动路径的第二分支。当燃料电池系统以较高的第二功率率操作时，第一阀和第二阀处于第二打开位置，使得再循环燃料在第二喷射器处被引入到燃料供应流动路径的第二分支。

同样，由加热装置提供的结冰可能性的降低在这样的燃料供应设备(即，具有有效的燃料再循环和相关联的多个阀)中是特别有利的。

在示例性实施例中，燃料供应流动路径包括比例阀，比例阀与歧管单元的主体一体形成。

在示例性实施例中，燃料供应流动路径包括控制系统，其中控制系统被构造为提供比例阀的闭环控制。

在示例性实施例中，燃料供应流动路径还包括与燃料供应流动路径的第一分支和第二分支平行布置的第三分支，其中燃料再循环流动路径还包括第三分支。燃料供应设备还包括第三喷射器、第三阀和第四阀。第三喷射器用于将再循环燃料从燃料再循环流动路径的第三分支引入到燃料供应流动路径的第三分支。第三阀用于控制燃料供应流动路径的第三分支处的流动，第四阀用于控制燃料再循环流动路径的第三分支处的流动。第三阀和第四阀中的每一个都具有阻止流动的第一关闭位置和允许流动的第二打开位置。当燃料电池系统以较低的第一功率率操作时，第三阀和第四阀处于第一关闭位置，从而阻止再循环燃料在第三喷射器处被引入到燃料供应流动路径的第三分支。当燃料电池系统以较高的第二功率率操作时，第三阀和第四阀处于第一关闭位置，从而阻止再循环燃料在第三喷射器处被引入到燃料供应流动路径的第三分支。当燃料电池系统以高于第一功率率的第三功率率操作时，第三阀和第四阀处于第二打开位置，使得再循环燃料在第三喷射器处被引入到燃料供应流动路径的第三分支。

在示例性实施例中，阀或者每一个阀是止回阀和2/2通阀中的一个。

在示例性实施例中，燃料供应设备还包括用于控制燃料再循环流动路径的第一分支处的流动的阀。

在示例性实施例中，用于控制燃料再循环流动路径的第一分支处的流动的阀是止回阀。

还提供了一种燃料电池系统，所述燃料电池系统包括燃料电池堆和如上所述的燃料供应设备。

在示例性实施例中，燃料电池系统还包括用于加热燃料电池堆的加热系统，其中加热系统包括热源，并且其中加热装置被构造为从热源获得热量。

在示例性实施例中，加热系统包括第一冷却剂流动路径，并且加热装置包括第二冷却剂流动路径。第二冷却剂流动路径与第一冷却剂流动路径流体连通。

有利地，不需要额外的加热器来加热燃料供应设备。

附图说明

现在将参考附图仅通过示例的方式说明一个或多个实施例，其中：

图1是根据本教导的用于燃料电池系统的燃料供应设备的回路图；

图2是图1的燃料供应设备的立体图；

图3是图1和图2的燃料供应设备的进一步立体图；

图4是图2和图3的燃料供应设备的分解图；

图5是图1至图4的燃料供应设备的横截面图；

图6是根据本教导的另外的燃料供应设备的立体图；

图7是图6的燃料供应设备的另外的立体图；以及

图8是图6和图7的燃料供应设备的分解图。

具体实施例

图1的回路图示出燃料电池系统11的燃料供应设备，总体上用10标示。在所述的燃料电池系统中使用的燃料为作为气体供应的氢气的形式。然而，燃料供应设备可适用于或者可以适用于其他类型的燃料电池。

燃料供应设备具有歧管单元13，如图2和图3中所示。歧管单元13具有壳体或主体15。以下所述的燃料供应设备10的多个组成部件连接到主体15或者保持在主体15内。歧管单元13是模块化的，即，燃料供应设备10的组成部件被供应或者可以被供应、连接到或者包含在主体15内。因此，燃料供应设备10的安装快速且简单。

燃料供应设备10具有燃料供应路径14。燃料从燃料存储罐16进入燃料供应设备10，并沿着燃料供应流动路径14流动到燃料电池堆12的入口18。在该实施例中，燃料电池堆为氢电池堆12的形式。

燃料供应设备10具有燃料再循环流动路径24，所述燃料再循环流动路径用于从氢电池堆12的出口26输送残余燃料。来自氢电池堆12的残余燃料被引入到燃料供应流动路径14，并因此返回到氢电池堆12的入口18，从而减少浪费。

燃料供应设备10包括至少一个阀36,38，所述至少一个阀用于控制沿着燃料供应流动路径14和/或燃料再循环流动路径24的流动。阀36,38或每一个阀与主体15一体形成。也就是说，阀36,38或每一个阀连接到主体15且至少部分地在主体15内延伸。

在该实施例中，燃料供应流动路径14具有彼此平行布置的第一分支20和第二分支22。

在该实施例中，燃料再循环流动路径24具有第一分支28和第二分支30。第一分支28被布置为将再循环燃料引入到燃料供应流动路径14的第一分支28。燃料再循环流动路径24的第二分支30被布置为将再循环燃料引入到燃料供应流动路径14的第二分支22。

在该实施例中，燃料供应设备10具有用于控制燃料供应流动路径的第二分支22的流动的第一阀36和用于控制燃料再循环流动路径的第二分支30的流动的第二阀38。

在该实施例中，第一阀36是2/2通阀。在该实施例中，第二阀38是防逆阀或止回阀。在可替代实施例中，使用其他合适的阀。例如，在一个实施例中，第二阀是2/2通阀。

在该实施例中，燃料供应设备10包括在燃料再循环路径24的第一分支28中的第三阀62。

在该实施例中，第三阀62是止回阀。在该实施例中，第三阀62可防止沿着燃料再循环路径24的第三分支28在不希望的方向上(即，朝向燃料电池堆12)出现流动，同时允许在期望的方向上的流动。在可替代实施例中，第三阀是一些其他合适类型的阀，例如2/2通电磁阀。

第三阀62类似于第一阀36和第二阀38与主体15一体形成。也就是说，第三阀62连接到主体15，并至少部分地在主体15内延伸。

在可替代实施例中，燃料供应设备10仅具有第一阀36和第二阀38，而没有第三阀。

燃料供应设备10具有加热装置17。所述加热装置包括加热部19，通过加热部19提供热量。加热部19的至少一部分与歧管单元主体15一体形成，即，加热部19的至少一部分在主体15内延伸。

提供具有至少部分地与主体15一体形成的加热部19的加热装置允许燃料供应设备10的与主体15一体形成的部件被加热装置17加热。因此，这些部件的结冰被抑制，因此作为移动部件的这些部件不太可能因结冰而被阻止移动。

燃料供应流动路径14也可以被加热，这是因为所述燃料供应流动路径至少部分地延伸通过主体15。也就是说，燃料供应流动路径的与主体15一体形成的部件可以被加热装置17加热。因此，燃料供应流动路径14内的燃料的温度升高，使得燃料供应流动路径14内的燃料与再循环燃料之间的温差减小，因此有利地降低冷凝的可能性。

在该实施例中，加热装置17被布置为使得主体15被加热。加热主体15允许热量经由单个加热装置被输送到与主体15一体形成的那些部件。诸如第一阀、第二阀和第三阀36,38,62的部件被加热部19间接加热。此外，燃料供应流动路径14内的燃料在经过主体15时被加热。以这种方式，单个加热装置17用于解决结冰问题和导致结冰的冷凝问题两者。有利地，使用单个热源。与诸如加热单独的阀的解决方案相比，这样的结构并不复杂。加热单独的阀也不能向燃料供应流动路径14内的燃料提供热量以通过两种方法同时有利地减少冷凝并因此减少结冰的可能性。

该实施例的歧管单元13基本上由金属材料制成。也就是说，该实施例的主体15基本上由金属材料制成。即，主体15的大部分由金属材料制成。在一个实施例中，主体15由金属材料铸造而成。

由于金属材料具有相对高的导热性，由金属材料制成的主体15有利于将热量从加热装置17传导到燃料供应设备10的部件。在该实施例中，主体15基本上由铝制成。在可替代实施例中，主体15基本上由不锈钢制成。在可替代实施例中，主体基本上由一些其他合适的材料制成，即，具有导热性的金属或非金属材料，该导热性允许从加热装置17到燃料供应设备10的部件的适当的热传递率。

在该实施例中，加热部为冷却剂流动路径19的形式。如图5所示，歧管单元13具有冷却液入口21和冷却液出口23。在冷却剂入口21与冷却剂出口23之间，加热部形成通过主体15的冷却剂流动路径19。在该实施例中，冷却剂流动路径19的直径在6mm至10mm的范围内。在可替代实施例中，冷却剂流动路径具有一些其他合适的直径范围。

在该实施例中，加热部为单个冷却剂流动路径19的形式，即，具有单个冷却剂入口和单个冷却剂出口的冷却剂流动路径。在可替代实施例中，加热部包括两个或更多个冷却剂流动路径、和/或多个冷却剂入口和/或多个冷却剂出口。

冷却剂在进入主体15之前在冷却剂入口21处被加热。燃料电池堆12具有加热系统52，以便解决燃料电池堆12中的冷启动问题(见图1)。燃料电池堆加热系统通常包括加热器54和用于在加热器54与燃料电池堆12之间输送冷却剂的冷却剂流动路径56。在该实施例中，加热器是PTC加热器54。在该实施例中，加热装置17被提供有来自与燃料电池堆加热系统相同的来源的热量，即，来自PTC加热器54的热量。在该实施例中，冷却剂流动路径19连接到冷却剂流动路径56，即，与所述冷却剂流动路径流体连通，使得来自燃料电池堆加热系统52的被加热的冷却剂被供应到冷却剂流动路径19。有利地，不需要分开的或额外形式的加热器来加热燃料供应设备，从而简化燃料供应设备10。

不需要额外的加热器，从而简化了燃料供应设备10。

在可替代实施例中，用于冷却剂流动路径19的冷却剂通过一些其他方式被单独加热，例如，通过单独的PTC加热器加热。

在被加热的冷却剂沿着冷却剂流动路径19流动通过主体15时，热量被从冷却剂输送到主体15，从而使主体15的温度升高。随着主体15的温度升高，热量被从主体15输送到燃料供应设备10的与歧管单元13一体形成的部件，例如，输送到第一阀36、第二阀38和/或第三阀62。如上所述，热量还被从主体15输送到燃料供应路径14内的燃料。

为了有效地使残余燃料再循环，在该实施例中，喷射器32,34被设置在燃料供应流动路径的第一分支20和第二分支22中的每一个处，以便允许将残余燃料引入到燃料供应流动路径14。第一喷射器32被设置在燃料供应路径的第一分支20上，并且第二喷射器34被设置在燃料供应流动路径的第二分支22上。因此，残余燃料的再循环可以有利地在不需要泵的情况下进行，从而降低燃料供应设备10的复杂性和成本。

在该实施例中，当燃料供应设备10运转且燃料经由燃料供应流动路径14被从存储罐16输送到燃料电池入口18时，燃料供应流动路径的第一分支20持续使用，即，燃料可以经由燃料供应流动路径的第一分支20沿着燃料供应流动路径14流动。类似地，当燃料供应设备10运转时，燃料再循环流动路径的第一分支28持续打开，并且用于将残余燃料引入到燃料供应流动路径14。

当燃料供应设备10运转时，由于燃料供应流动路径的第一分支20持续在使用，并且第一喷射器32因此总是起作用，所以沿着燃料再循环流动路径的第一分支28没有显著的回流，使得一些实施例不具有阀62。在重要的是要求避免沿着燃料再循环流动路径的第一分支28回流的实施例中，包括阀62。

如上所述，第一阀36和第二阀38分别用于控制沿着燃料供应流动路径的第二分支22的流动和沿着燃料再循环流动路径的第一分支30的流动。第一阀36作为2/2通阀具有阻止流动的第一关闭位置和允许流动的第二打开位置。第二止回阀38阻止沿着燃料再循环路径24的第二分支30在不希望的方向上(即，朝向燃料电池堆12)的流动，同时允许在期望的方向上(即，朝向第二喷射器34)的流动。

沿着燃料供应路径14的第二分支22的流动由第一阀36控制，使得不需要阻止沿着燃料再循环路径24的第二分支30朝向第二喷射器34的流动。使用止回阀38增加了燃料供应设备10的控制的简单性，并且减少设备10的操作所需的功率，这是因为不需要电力来打开或关闭止回阀38。

当燃料电池堆12以预定的较低功率率操作时，不需要通过燃料再循环流动路径的第二支路30进行燃料再循环。阀36,38处于关闭位置，使得第二喷射器34与回路隔离—阻止燃料沿着燃料再循环流动路径的第二分支30和燃料供应流动路径的第二分支22流动。燃料供应和燃料再循环仅通过第一分支20,28进行。

在该实施例中，第一阀36定位在燃料供应流动路径14的第二分支上的第二喷射器34的上游。有利地，将第一阀36定位在第二喷射器34的上游避免了对第二喷射器34下游的流动的潜在限制。由于不需要考虑第一阀36的与第二喷射器34的特性相关的孔口尺寸，提供第一阀36的设计选择的灵活性。在可替代实施例中，燃料供应流动路径的第二分支的第一阀定位在第二喷射器的下游。

当燃料电池堆12以所述预定的较低功率率操作时，该路线足以将残余燃料再循环到燃料供应流动路径14。然而，当燃料电池堆12以预定的较高功率率操作时，燃料电池堆12的燃料需求增加，从燃料电池堆中排出的残余燃料的量也增加，使得燃料供应设备10的流动需求增加。

此时，阀36,38移动到打开位置，使得第二喷射器34不再与回路隔离。然后燃料可以沿着燃料供应路径14的第二分支22以及第一分支20流动，以到达燃料电池堆入口18。燃料可以沿着燃料再循环流动路径24的第二分支30以及经由第一分支28流动，以经由相应的喷射器32,34到达燃料供应路径14。喷射器32,34均在使用中，并且(燃料供应和燃料再循环的)燃料流动率因此增加。有利地，燃料流动率的增加通过阀36,38的操作简单地实现。

当喷射器32,34均在使用中时，第三阀62可防止第一喷射器32和第二喷射器34相互影响。

在可替代实施例中，第一阀和第二阀彼此一体形成。也就是说，单个阀用于切断和打开燃料供应流动路径和燃料再循环流动路径的第二分支，使得第二喷射器可以通过单个阀的操作与回路隔离。在一个实施例中，单个阀是4/2通阀，其中在第一位置，所有四个端口都被阻塞且阻止流动在任何方向上通过阀。在第二位置，所有端口都打开且允许流动通过阀。

燃料供应流动路径14具有比例阀40，比例阀40在将燃料供应流动路径14划分为第一分支20和第二分支22的上游。燃料供应设备10具有用于经由比例阀40控制流动的控制系统45。在该实施例中，控制系统45使用CAN通信来使用闭环控制操作比例阀40。使用闭环控制能够实现比例阀40的精确控制，并且有利地减少滞后。线性误差也减少了，即，测试数据中的输出值与特定命令信号下的理想数据之间的差异减少了。

在该实施例中，比例阀40具有一体式压力传感器(未示出)。

在可替代实施例中，比例阀被定位在燃料供应设备中的其他位置，或者定位在燃料供应设备外部。

燃料供应设备10还具有减压阀42。减压阀42在该实施例中位于燃料供应流动路径14上。在该实施例中，减压阀42位于将燃料供应流动路径划分为第一分支20和第二分支22的下游。在可替代实施例中，减压阀位于燃料供应设备10中的其他位置。

燃料供应设备10具有位于将燃料供应流动路径分为第一分支20和第二分支22的上游的燃料供应流动路径14上的2/2通工作阀44。工作阀44在对应于燃料供应设备10的启用或停用的打开位置和关闭位置之间可移动，即，当工作阀44处于关闭位置时，燃料供应设备10是不可操作的。当工作阀44处于打开位置时，燃料供应设备10可操作，并且燃料经由燃料供应流动路径14从燃料存储罐16供应到燃料电池堆12。在该实施例中，工作阀44为电磁阀44的形式。在可替代实施例中，使用可替代的合适的阀。

燃料供应设备在燃料供应流动路径14上具有第一压力传感器46和第二压力传感器48。第一压力传感器在工作阀44的上游，因此检测从燃料存储罐16进入燃料供应设备10的燃料的压力。第二压力传感器48在第一分支20和第二分支22的下游。第二压力传感器因此在燃料到达燃料电池堆12的入口18之前检测燃料压力。

燃料供应设备10具有过滤器50，所述过滤器用于在燃料从燃料存储罐16进入燃料供应设备10时对燃料进行过滤。为此，过滤器50在燃料供应流动路径14上定位在工作阀44的上游。在该实施例中，第一压力传感器46在过滤器50的下游。

参照图2和图3，来自燃料存储罐16的燃料在入口端口53处进入歧管单元13，过滤器50被支撑在入口端口53内。燃料在到达燃料电池堆12的入口18之前，在出口端口55处离开歧管单元13(参见图1)。从燃料电池堆12排出的残余再循环燃料在再循环端口57处进入歧管单元13。

在该实施例中，第一喷射器32、第二喷射器34、第一阀36、第二阀38和比例阀40与控制系统45一起与歧管单元13一体形成。也就是说，这些部件被支撑在歧管单元13的主体15上、被固定到主体15和/或被保持在主体15内。

如图2和图3所示，在该实施例中，歧管单元17的主体15由两个可分离部分15a,15b组成，即，彼此可连接以形成主体15的分离部分。部分15a,15b中的每一个限定被构造为容纳燃料供应设备的部件的孔。一个部分15b限定容纳部，所述容纳部被构造为容纳喷射器32,34，使得喷射器32,34被保持在主体15内。部分15a,15b限定突出部和相对应的定位孔，以容易且快速的组装。在可替代实施例中，歧管单元13的主体15由少于或多于两个部分组成。

冷却剂流动路径19延伸通过部分15a,15b，使得部分15a,15b均被加热的冷却剂加热。容纳在部分15a,15b中的部件因此被加热。

在该实施例中，工作阀44、压力传感器46,48、过滤器50和减压阀42也结合在歧管单元13内。在可替代实施例中，工作阀、压力传感器、减压阀和过滤器中的一个或多个位于燃料电池系统中的其他位置，而不是歧管单元中。

该实施例的第一和第二喷射器32,34具有相同的设计。也就是说，第一喷射器和第二喷射器彼此完全相同，并且具有相同的流动容量。在可替代实施例中，第一喷射器和第二喷射器基本上彼此相同，并且具有基本上相同的流动容量。响应于燃料电池堆以所述较高的功率操作而并联使用喷射器允许使用这种相同的部件—使用多个喷射器而不是不同尺寸/容量的喷射器来增加燃料供应设备的燃料流率。第一喷射器32和第二喷射器34的喷嘴尺寸可以是相同的。

在该实施例中，第一和第二喷射器32,34中的每一个都是单级喷射器。第一和第二喷射器32,34中的每一个都具有围绕喷射器32,34的周边布置的第一组抽吸端口64，再循环燃料通过所述第一组抽吸端口64进入每一个喷射器32,34。

因为任意一个喷射器都可以装配在任一位置，因此流量供应设备10中使用的不同部件的数量减少，从而降低组装的复杂性。

在可替代实施例中，如下面进一步详细描述的，第一和第二喷射器彼此不同。

尽管在所述的实施例中提供第一和第二喷射器，但是可以通过包括另外的喷射器和用于将所述喷射器与回路隔离的相关阀来调节燃料供应设备的燃料流率。例如，在一个实施例中，提供第三喷射器。在这样的实施例中，燃料供应流动路径具有第三分支，并且燃料再循环流动路径具有第三分支，使得残余燃料可以同时经由三个喷射器、或者同时经由两个喷射器(第一和第三喷射器或者第一和第二喷射器)、或者如上所述仅通过第一喷射器从燃料电池堆出口再循环到燃料供应流动路径。因此提供更大范围的燃料流率。在这样的实施例中，第三喷射器可以再次与第一和第二喷射器相同或基本上相同。

在该实施例中，第一阀36和工作阀44是电磁阀。在可替代实施例中，所述阀是一些其他合适的阀类型，例如，电动球阀、直接式提升阀或滑阀。

图6至图8示出可替代布局的歧管单元13。第一喷射器32、第二喷射器34、第一阀36、第二阀38和比例阀40与控制系统45一起再次结合在歧管单元13中。在该实施例中，工作阀44、压力传感器46,48、过滤器50和减压阀42也结合在歧管单元13内。在可替代实施例中，工作阀、压力传感器、减压阀和过滤器中的一个或多个位于燃料电池系统中的其他位置，而不是歧管单元中。与前述实施例中一样，燃料供应设备10可以快速且容易地安装。

该实施例的燃料供应设备10具有放泄阀(purge valve)59。放泄阀59具有一体式PTC加热器。在可替代实施例中，放泄阀不具有加热器。

歧管单元的布局可以通过多种方式进行调节，以适应燃料供应设备的特定应用。同样，喷射器设计可以改变，例如，喷嘴直径可以改变，这取决于燃料供应设备的燃料流率要求和所涉及的压力范围。在可替代实施例中，第一喷射器和第二喷射器的喷嘴尺寸彼此不同，以便满足所需的燃料功率要求。也就是说，第一喷射器和第二喷射器具有不同的流动容量。

使用控制系统45可以调节燃料供应设备的控制以适应特定的应用。

在可替代实施例中，喷射器中的一个或两者是具有多组抽吸端口的多级喷射器，再循环燃料通过这些抽吸端口进入喷射器。包括多级喷射器，例如，两级喷射器或三级喷射器，可以有利地提高抽吸效率。在可替代实施例中，燃料供应设备具有不同多级数的喷射器，例如，两级喷射器和三级喷射器。在可替代实施例(未示出)中，燃料供应设备具有相同或基本上相同的多级喷射器，该多级喷射器具有基本上相同的流动容量。在一个可替代实施例中，燃料供应设备具有两个两级喷射器。在一个可替代实施例中，燃料供应设备具有两个三级喷射器。在具有多于两个的喷射器的实施例中，燃料供应设备具有不同级数的喷射器的组合，或者燃料供应设备有相同级数的喷射器。

上述燃料供应设备提供降低的结冰可能性以及残余燃料再循环的精确控制。燃料供应设备的多个部件被结合到单个模块化单元中，从而提高安装的容易性。喷射器的布置允许所述喷射器被简单地控制以满足燃料电池系统的不同流率要求，即，取决于燃料电池堆的功耗。第二喷射器的隔离可以简单地使用2/2通阀或者2/2通阀与止回阀来实现。

使用闭环控制来解决流动曲线的滞后和线性问题。通过控制系统和比例阀来提高系统的整体稳定性和安全性。模块化歧管单元布置提高系统与各种应用的兼容性。

Claims (17)

1.一种用于燃料电池系统的燃料供应设备，包括：

歧管单元，所述歧管单元包括主体；

燃料供应流动路径，通过所述燃料供应流动路径将燃料供应到所述燃料电池系统的入口，所述燃料供应流动路径至少部分地延伸通过所述歧管单元的所述主体；

燃料再循环流动路径，通过所述燃料再循环流动路径将残余燃料从所述燃料电池系统的出口输送到所述燃料供应流动路径，所述燃料再循环流动路径至少部分地延伸通过所述歧管单元的所述主体；

至少一个阀，所述至少一个阀用于控制沿着所述燃料供应流动路径和/或所述燃料再循环流动路径的流动，其中所述至少一个阀与所述歧管单元的所述主体一体形成；和

加热装置，所述加热装置的至少加热部与所述歧管单元的所述主体一体形成。

2.根据权利要求1所述的燃料供应设备，其中，所述加热装置被构造成用于加热所述歧管单元的所述主体。

3.根据权利要求1或2所述的燃料供应设备，其中，所述加热装置包括冷却剂流动路径，并且所述冷却剂流动路径至少部分地延伸通过所述歧管单元的所述主体。

4.根据权利要求3所述的燃料供应设备，其中，所述歧管单元的所述主体包括两个或更多个可分离部件，并且所述冷却剂流动路径延伸通过所述歧管单元的所述主体的所述两个或更多个可分离部件中的每一个。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃料供应设备，其中，所述歧管单元的所述主体基本上由金属材料制成；优选地，所述歧管单元的所述主体基本上由铝制成；或者优选地，所述歧管单元的所述主体基本上由不锈钢制成。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的燃料供应设备，包括：

第一阀，所述第一阀用于控制沿着所述燃料供应流动路径的流动；和

第二阀，所述第二阀用于控制沿着所述燃料再循环流动路径的流动。

7.根据权利要求6所述的燃料供应设备，其中，所述第一阀和所述第二阀彼此一体形成。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的燃料供应设备，还包括：

第一喷射器，所述第一喷射器用于将再循环燃料从所述燃料再循环流动路径引入到所述燃料供应流动路径。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的燃料供应设备，其中：

所述燃料供应流动路径包括第一分支和与所述第一分支平行布置的第二分支；

所述燃料再循环流动路径包括第一分支和第二分支；以及

所述燃料供应设备还包括：

第一喷射器，所述第一喷射器用于将再循环燃料从所述燃料再循环流动路径的所述第一分支引入到所述燃料供应流动路径的所述第一分支；

第二喷射器，所述第二喷射器用于将再循环燃料从所述燃料再循环流动路径的所述第二分支引入到所述燃料供应流动路径的所述第二分支；

第一阀，所述第一阀用于控制所述燃料供应流动路径的所述第二分支处的流动；和

第二阀，所述第二阀用于控制所述燃料再循环流动路径的所述第二分支处的流动。

10.根据权利要求9所述的燃料供应设备，其中：

所述第一阀和所述第二阀中的每一个都具有阻止流动的第一关闭位置和允许流动的第二打开位置；

当所述燃料电池系统以较低的第一功率率操作时，所述第一阀和所述第二阀处于所述第一关闭位置，使得阻止再循环燃料在所述第二喷射器处被引入到所述燃料供应流动路径的所述第二分支；以及

当所述燃料电池系统以较高的第二功率率操作时，所述第一阀和所述第二阀处于所述第二打开位置，使得再循环燃料在所述第二喷射器处被引入到所述燃料供应流动路径的所述第二分支。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的燃料供应设备，其中，所述燃料供应流动路径包括比例阀，所述比例阀与所述歧管单元的所述主体一体形成；优选地，所述燃料供应流动路径还包括控制系统，所述控制系统被配置为提供所述比例阀的闭环控制。

12.根据权利要求9或10所述的燃料供应设备，其中：

所述燃料供应流动路径还包括与所述燃料供应流动路径的所述第一分支和所述第二分支平行布置的第三分支，所述燃料再循环流动路径还包括第三分支；

所述燃料供应设备还包括：

第三喷射器，所述第三喷射器用于将再循环燃料从所述燃料再循环流动路径的所述第三分支引入到所述燃料供应流动路径的所述第三分支；

第三阀，所述第三阀用于控制所述燃料供应流动路径的所述第三分支处的流动；和

第四阀，所述第四阀用于控制所述燃料再循环流动路径的所述第三分支处的流动，其中所述第三阀和所述第四阀中的每一个都具有阻止流动的第一关闭位置和允许流动的第二打开位置；

当所述燃料电池系统以所述较低的第一功率率操作时，所述第三阀和所述第四阀处于所述第一关闭位置，从而阻止再循环燃料在所述第三喷射器处被引入到所述燃料供应流动路径的所述第三分支；

当所述燃料电池系统以所述较高的第二功率率操作时，所述第三阀和所述第四阀处于所述第一关闭位置，从而阻止再循环燃料在所述第三喷射器处被引入到所述燃料供应流动路径的所述第三分支；以及

当所述燃料电池系统以高于所述第一功率率的第三功率率操作时，所述第三阀和所述第四阀处于所述第二打开位置，使得再循环燃料在所述第三喷射器处被引入到所述燃料供应流动路径的所述第三分支。

13.根据权利要求1所述的燃料供应设备，其中，所述阀或者每一个所述阀是止回阀和2/2通阀中的一个。

14.根据权利要求1所述的燃料供应设备，还包括：

用于控制所述燃料再循环流动路径的所述第一分支处的流动的阀；优选地，用于控制所述燃料再循环流动路径的所述第一分支处的流动的所述阀是止回阀。

15.一种燃料电池系统，包括：

燃料电池堆；和

根据前述任一项权利要求所述的燃料供应设备。

16.根据权利要求15所述的燃料电池系统，还包括：

加热系统，所述加热系统用于加热所述燃料电池堆，所述加热系统包括热源，并且所述加热装置被构造为从所述热源获得热量。

17.根据权利要求15或16所述的燃料电池系统，其中，所述加热系统包括第一冷却剂流动路径，所述加热装置包括第二冷却剂流动路径，并且所述第二冷却剂流动路径与所述第一冷却剂流动路径流体连通。