CN204857856U - 燃料电池车辆用喷射器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种在车辆用燃料电池系统中混合通过氢气供应线路供应的氢气与通过再循环线路再循环的氢气并供应到燃料电池堆的燃料电池车辆用喷射器，为此本实用新型提供一种燃料电池车辆用喷射器，其包括：腔体块，其内侧具有再循环氢气流入的内部腔体；喷嘴构件，其设置于腔体块的一侧，与氢气供应部连接使得氢气能够流动；以及扩散器，其设置于腔体块的另一侧，混合通过喷嘴构件喷射的供应氢气与流入到内部腔体的再循环氢气并供应到燃料电池堆，其中，喷嘴构件包括低压的氢气及高压的氢气能够流动的中央孔及贯通孔，中央孔及贯通孔中的任意一个可选择性地开闭使得高压的氢气能够流动。本实用新型能够充分利用在低负荷供应的氢气。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池车辆用喷射器，尤其涉及一种在车辆用燃料电池系统中混合通过氢气供应线路供应的氢气与通过再循环线路再循环的氢气并供应到燃料电池堆的燃料电池车辆用喷射器。
背景技术
现在正在积极研究一种被视为环保的未来型汽车的燃料电池车辆。燃料电池车辆以反应气体(氢气)发生电化学反应生成的电能为车辆的驱动源，由于能够确保丰富的燃料资源，只排放热或水分等环境危害较小的副产物，因此被公认为新一代大体替代运输工具的一部分。
通常，燃料电池车辆中生成电能的燃料电池系统由燃料电池堆、氢气供应装置、空气供应装置、热及水管理系统等构成，其中燃料电池堆通过反应气体的电化学反应生成电能，氢气供应装置向燃料电池堆供应作为燃料的氢气，空气供应装置供应作为燃料电池堆的电化学反应所需氧化剂的空气(氧气)，热及水管理系统在向外排出燃料电池堆的反应副产物中的热、合理控制燃料电池堆的运转温度的同时管理副产物中的水分(水)。
喷射器(ejector)用于在上述燃料电池系统中向燃料电池堆供应氢气，其混合通过氢气供应装置等从氢气罐供应的氢气与堆内未反应的再循环氢气并供应到燃料电池堆。通常，喷射器通过喷射供应氢气时产生的流动气流吸入再循环氢气，但由于这种喷射器的吸入能力或再循环性能会大幅影响系统效率，因此正在研究能够提高喷射器性能的多种方案。
图1为显示根据现有技术的燃料电池车辆用喷射器的立体图，图2为图1的侧剖面图。
如图1所示，燃料电池车辆用喷射器100可包括腔体块110、扩散器120及喷嘴部130。
以下为便于说明，将通过氢气供应管P向燃料电池车辆用喷射器100供应氢气的一侧称为前方，将通过扩散器120向燃料电池堆喷射氢气的一侧称为后方。
腔体块110的内侧具有内部腔体111，再循环的氢气(混有氮气、水分等)从内部腔体111的一侧流入。如以上参照图1所述，再循环的氢气通过再循环线路供应到腔体块110。
扩散器120可设置在腔体块110的后端。扩散器120混合通过腔体块110内的内部腔体111吸入的再循环氢气与通过喷嘴部130喷射的供应氢气并供应到燃料电池堆。
喷嘴部130的前端连接于氢气供应管P，后端设置于扩散器120内的混合流路121，向混合流路121喷射通过氢气供应管P供应的氢气。
但，为供应相当于最大负荷条件的氢气，根据现有技术的喷射器的喷嘴直径在预定水平以上，而喷嘴直径增大的情况下无法充分利用低压的氢气，因此再循环性能下降。
【现有技术文献】
【专利文献】
韩国公开专利公报第2014-0055260号(公开日：2014年5月9日)
实用新型内容
技术问题
本实用新型提供一种充分利用在低负荷及中高负荷供应的氢气，从而能够提高再循环性能的燃料电池车辆用喷射器。
技术方案
为达成上述目的，本实用新型提供一种燃料电池车辆用喷射器，其特征在于，包括：腔体块，其内侧具有再循环氢气流入的内部腔体；喷嘴构件，其设置于腔体块的一侧，与氢气供应部连接使得氢气能够流动；以及扩散器，其设置于腔体块的另一侧，混合通过喷嘴构件喷射的供应氢气与流入到内部腔体的再循环氢气并供应到燃料电池堆，其中，喷嘴构件包括低压的氢气及高压的氢气能够流动的中央孔及贯通孔，中央孔及贯通孔中的任意一个选择性地开闭使得高压的氢气能够流动。
并且，本实用新型的特征在于喷嘴构件包括：第一喷嘴部，其形成有中央孔及贯通孔；以及第二喷嘴部，其设置成包围第一喷嘴部的外周面。
并且，本实用新型的特征在于第一喷嘴部上形成有与中央孔连接的第一流路，第二喷嘴部上形成有与贯通孔连通的第二流路。
并且，本实用新型的特征在于贯通孔的一面具有根据氢气的压力开闭贯通孔的止逆阀。
并且，本实用新型的特征在于止逆阀向与通过氢气供应部供应的氢气的流动方向相对的方向弹性支撑贯通孔。
并且，本实用新型的特征在于止逆阀为弹性瓣膜形状。
并且，本实用新型的特征在于低压的氢气通过中央孔流动到第一流路并通过扩散器放出。
并且，本实用新型的特征在于高压的氢气通过中央孔及贯通孔流动到第一流路及第二流路并通过扩散器放出。
并且，本实用新型的特征在于中央孔具有使其截面积小于多个贯通孔的截面积之和的直径。
并且，本实用新型的特征在于第一流路的直径小于所述第二流路的直径。
技术效果
根据本实用新型的燃料电池车辆用喷射器，喷嘴构件上分别形成有低压的氢气流动的流路与高压的氢气流动的流路，高压的氢气流动的流路上具有防止低压的氢气流动的止逆阀，因此能够充分利用在低负荷供应的氢气，提高再循环性能。
附图说明
图1为显示根据现有技术的燃料电池车辆用喷射器的立体图；
图2为图1的侧剖面图；
图3为根据本实用新型一个实施例的车辆用燃料电池系统的整体构成图；
图4为根据本实用新型一个实施例的燃料电池车辆用喷射器的立体图；
图5为图4所示喷射器的分解立体图；
图6为显示图5所示第一喷嘴部的正面的正面立体图；
图7为设置于图5所示第一喷嘴部的止逆阀的立体图；
图8a及图8b为图3至图7所示燃料电池车辆用喷射器的工作状态图。
附图标记说明
210：腔体块212：内部腔体
220：喷嘴构件222：中央孔
224：贯通孔226：第一喷嘴部
226a：第一流路228：第二喷嘴部
228a：第二流路230：扩散器
240：止逆阀
具体实施方式
以下参照附图及所记载的内容详细说明本实用新型的实施例。本实用新型不限于在此说明的实施例，其还可以具有其他具体形态。在此说明的实施例只是使所公开的内容明确和完整，确保本领域技术人员能够充分理解本实用新型的技术思想。在整篇说明书中相同的附图标记表示相同的构成要素。
图3为根据本实用新型一个实施例的车辆用燃料电池系统的整体构成图。
如图3所示，车辆用燃料电池系统S可包括生成电能的燃料电池堆10、向燃料电池堆10供应空气的空气供应线路20、向燃料电池堆10供应氢气的氢气供应线路30、向燃料电池堆10循环冷媒的冷媒循环线路40、排出燃料电池堆10的反应副产物的排出系统50及使未反应氢气等再次向燃料电池堆10再循环的再循环线路60。
上述车辆用燃料电池系统S通过空气供应线路20及氢气供应线路30分别向燃料电池堆10供应空气(氧气)及氢气，燃料电池堆10使供应的空气(氧气)与氢气通过电化学反应发电。另外，冷媒循环线路40向燃料电池堆10循环冷媒，以冷却反应时产生的热，而反应副产物中的水分(水)或未反应气体等则通过排出系统50排出到外部。并且，再循环线路60将燃料电池堆10内未反应的氢气等再次向燃料电池堆10再循环，以提高反应效率等。
具体来讲，燃料电池堆10具有分别设置在隔膜(membrane)两侧的正极(anode)与负极(cathode)，通过分别供应到所述正极及负极的氢气及氧气的电化学反应生成电能，生成热、水分(水)等反应副产物。通常，燃料电池堆10的结构为所述正极、负极、隔膜等层积成板状的堆(stack)结构。
空气供应线路20可包括空气压缩机21与空气加湿器22。空气压缩机21吸入外气并压缩供应到燃料电池堆10，空气加湿器22为提高反应效率等而对供应的空气加湿。
氢气供应线路30可包括氢气罐31、调节器(regulator)32、氢气切断阀33、氢气供应阀34及喷射器35构成。氢气罐31压缩储存待供应到燃料电池堆10的氢气，调节器32连接于氢气罐31，降低氢气罐31供应的高压氢气的压力后供应到燃料电池堆10。通过调节器32减压的氢气通过氢气切断阀33及氢气供应阀34供应到喷射器35。其中，氢气切断阀33用于遇到紧急情况时切断氢气的供应，氢气供应阀34是可变控制阀的一种，用于调节向燃料电池堆10供应的氢气的压力。另外，喷射器35用于混合通过氢气供应阀34供应的氢气与通过再循环线路60再循环的氢气并供应到燃料电池堆10，具有缩小喷嘴或缩小-放大喷嘴形态，通过高速的氢气射流(jet)形成的低压吸入再循环的氢气。
另外，冷媒循环线路40可包括冷媒泵41、恒温器(thermostat)42、散热器(radiator)43、三通阀44及离子去除器45。冷媒泵41提供使冷媒从燃料电池堆10循环的驱动力，恒温器42通过旁通线路(bypassline)连接于三通阀44，用于调节循环冷媒的温度。散热器43通过冷媒与外气或其他二次冷媒之间的热交换来冷却冷媒，离子去除器45在循环的冷媒重新投入燃料电池堆10之前从冷媒中去除离子。
再循环线路60可包括氢气加湿器61及氢气再循环鼓风机62。燃料电池堆10中未反应的氢气等，其一部分通过排出系统50排出到外部，其余可迂回供应到再循环线路60的氢气加湿器61。氢气加湿器61对上述迂回再循环的氢气加湿，氢气再循环鼓风机62将加湿的氢气供应到喷射器35，使得未反应的氢气再循环到燃料电池堆10。
另外，排出系统50向外部排出水分(水)、空气(氧气)、氢气等燃料电池堆10的反应副产物。但如上所述，未反应的氢气等根据需要而部分流入再循环线路60，重新供应到燃料电池堆10。
并且，燃料控制部70通过有线或无线方式与所述车辆用燃料电池系统S的各构成电连接，可驱动控制阀门的开闭或泵的工作等。例如，燃料控制部70通过控制氢气供应线路30的氢气供应阀34调节向燃料电池堆10供应的氢气量，或通过控制再循环线路60的氢气再循环鼓风机62调节再循环的氢气量等，可驱动控制车辆用燃料电池系统S的各构成。
在所述车辆用燃料电池系统S中，喷射器35在向燃料电池堆10供应通过氢气供应线路30供应的氢气的同时吸入通过再循环线路60再循环的含氮气及水分的氢气，与氢气供应线路30的氢气进行混合并喷射到燃料电池堆10，是车辆用燃料电池系统S的核心构成。
图4为根据本实用新型一个实施例的燃料电池车辆用喷射器的立体图，图5为图4所示喷射器的分解立体图，图6为显示图5所示第一喷嘴部的正面的正面立体图，图7为设置于图5所示第一喷嘴部的止逆阀的立体图。
如图4所示，根据本实用新型一个实施例的喷射器200可包括内侧具有再循环氢气流入的内部腔体212的腔体块210、设置于腔体块210的一侧且连接于氢气供应部的氢气供应阀(图3中的34)，使得氢气能够流动的喷嘴构件220，以及设置于腔体块210的另一侧且混合通过喷嘴构件220喷射的供应氢气与流入到内部腔体212的再循环氢气并供应到燃料电池堆(图3中的10)的扩散器230。
以下为便于说明，将通过氢气供应部的氢气供应阀(图3中的34)向燃料电池车辆用喷射器200供应氢气的一侧称为前方，将通过扩散器230向燃料电池堆(图3中的10)喷射氢气的一侧称为后方。
腔体块210的内侧具有内部腔体212，再循环的氢气(混有氮气、水分等)可以从内部腔体212的一侧流入。再循环的氢气可通过再循环线路供应到腔体块210。
扩散器230可设置在腔体块210的后端。扩散器230可以混合通过腔体块210内的内部腔体212吸入的再循环氢气与通过喷嘴构件220喷射的供应氢气并供应到燃料电池堆(图3中的10)。
扩散器230的内侧可以具有供应氢气与再循环氢气混合及流动的混合流路。混合流路的前端部连通于腔体块210内的内部腔体212，可以具有使得再循环氢气能够吸入到流路内的再循环吸入口。并且，混合流路的前端中心部侧设置有喷嘴构件220，能够以预定压力及速度喷射通过氢气供应线路供应的氢气。
喷嘴构件220的前端连接于氢气供应部的氢气供应阀(图3中的34)，后端设置于扩散器230内的混合流路，可以向混合流路喷射通过氢气供应阀(图3中的34)供应的氢气。
并且，喷嘴构件220可包括能够流动低压的氢气及高压的氢气的中央孔222及贯通孔224，中央孔222及贯通孔224中任意一个孔可选择性开闭使得高压的氢气能够流动。
喷嘴构件220如图5所示，其可以是双重结构，可以由具有中央孔222及贯通孔224的第一喷嘴部226与包围第一喷嘴部226的外周面的第二喷嘴部228构成。
结合于氢气供应阀(图3中的34)的第一喷嘴部226的前端可以形成中央孔222与贯通孔224。
如图6所示，中央孔222形成于第一喷嘴部226的中心，向扩散器230放出低压的氢气，可以从中央孔222以放射状形成多个贯通孔224。
此时，中央孔222的直径可以是能够使其截面积小于多个贯通孔224的截面积之和的直径。
并且，多个贯通孔224连接于第二喷嘴部228，高压的氢气通过贯通孔224流动到第二喷嘴部228并通过扩散器230放出。
具体来讲，第一喷嘴部226上可以形成与中央孔222连接，用于低压的氢气流动的第一流路(图8a中的226a)，第二喷嘴部228上可以形成使高压的氢气从第一喷嘴部226的第一流路(图8a中的226a)的外周面流动的第二流路(图8a中的228a)。
此时，第一流路(图8a中的226a)的直径应小于第二流路(图8a中的228a)的直径。
并且如图7所示，多个贯通孔224的一面可以具有止逆阀240，止逆阀240可以设置成向与通过氢气供应阀(图3中的34)供应的氢气施加到第二喷嘴部228的外力的方向相对的方向弹性支撑贯通孔224。
具体来讲，止逆阀240可以向与通过氢气供应阀34供应的氢气的流动方向相对的方向设置在多个贯通孔224上，止逆阀240可以根据通过多个贯通孔224向第二流路(图8a中的228a)流动的氢气的压力开闭多个贯通孔224。
其中，止逆阀240可以由具有弹力的材料形成，以确保能够弹性支撑多个贯通孔224，其具体形状可以是弹性瓣膜形状。
图8a及图8b为图3至图7所示燃料电池车辆用喷射器的工作状态图。
图8a显示从氢气供应阀(图3中的34)供应低压的氢气的情况，供应的氢气通过第一喷嘴部226的中央孔222流动到第一流路226a。
此时，由于止逆阀240弹性支撑贯通孔224，因此流动到贯通孔224的氢气移动到第一流路226a，而不是移动到第二流路228a。
并且，由于第一流路226a的截面积小于第二流路228a的截面积，因此氢气的流速将非常快，并且由于供应少量的氢气，故压力将下降。因此再循环气体能够顺利地吸入到腔体内。
图8b显示通过氢气供应阀(图3中的34)供应大量氢气的情况，供应的氢气通过第一喷嘴部226的中央孔222及多个贯通孔224流动到第一流路226a及第二流路228a。
此时，止逆阀240无法承受流动到多个贯通孔224的氢气的压力，从而打开多个贯通孔224。
并且，止逆阀240可以根据氢气的压力调节多个贯通孔224打开的大小，因此氢气的压力越大，通过多个贯通孔224流动的氢气的量也越多。
如上，能够通过第一喷嘴部226及第二喷嘴部228供应从氢气供应阀(图3中的34)供应的氢气，因此能够供应系统所需的氢气量。
因此，喷嘴构件上分别形成有低压的氢气流动的中央孔与高压的氢气流动的贯通孔，高压的氢气流动的贯通孔上具有防止低压的氢气流动的止逆阀，因此能够充分利用在低负荷供应的氢气，提高再循环性能。
如上所述，以上通过本实用新型的实施例说明了本实用新型的燃料电池车辆用扩散器，但本领域技术人员应理解在不脱离本实用新型思想的范围内可做多种修正、变更及多种变形实施例。
Claims (10)
1.一种燃料电池车辆用喷射器，其特征在于，包括：
腔体块，其内侧具有再循环氢气流入的内部腔体；
喷嘴构件，其设置于所述腔体块的一侧，与氢气供应部连接使得所述氢气能够流动；以及
扩散器，其设置于所述腔体块的另一侧，混合通过所述喷嘴构件喷射的供应氢气与流入到所述内部腔体的再循环氢气并供应到燃料电池堆，
其中，所述喷嘴构件包括低压的氢气及高压的氢气能够流动的中央孔及贯通孔，所述中央孔及所述贯通孔中的任意一个选择性地开闭使得所述高压的氢气能够流动。
2.根据权利要求1所述的燃料电池车辆用喷射器，其特征在于，所述喷嘴构件包括：
第一喷嘴部，其形成有所述中央孔及所述贯通孔；以及
第二喷嘴部，其设置成包围所述第一喷嘴部的外周面。
3.根据权利要求2所述的燃料电池车辆用喷射器，其特征在于：
所述第一喷嘴部上形成有与所述中央孔连接的第一流路，所述第二喷嘴部上形成有与所述贯通孔连通的第二流路。
4.根据权利要求3所述的燃料电池车辆用喷射器，其特征在于：
所述贯通孔的一面具有根据所述氢气的压力开闭所述贯通孔的止逆阀。
5.根据权利要求4所述的燃料电池车辆用喷射器，其特征在于：
所述止逆阀向与通过所述氢气供应部供应的氢气的流动方向相对的方向弹性支撑所述贯通孔。
6.根据权利要求5所述的燃料电池车辆用喷射器，其特征在于：
所述止逆阀为弹性瓣膜形状。
7.根据权利要求3所述的燃料电池车辆用喷射器，其特征在于：
所述低压的氢气通过所述中央孔流动到所述第一流路并通过所述扩散器放出。
8.根据权利要求3所述的燃料电池车辆用喷射器，其特征在于：
所述高压的氢气通过所述中央孔及所述贯通孔流动到所述第一流路及所述第二流路并通过所述扩散器放出。
9.根据权利要求3所述的燃料电池车辆用喷射器，其特征在于：
所述中央孔具有使其截面积小于多个所述贯通孔的截面积之和的直径。
10.根据权利要求3所述的燃料电池车辆用喷射器，其特征在于：
所述第一流路的直径小于所述第二流路的直径。
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