CN218062840U - 用于燃料电池系统的引射泵以及相应的燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于燃料电池系统的引射泵，包括：用于与燃料电池系统(1)的阳极入口(12)流体连接的输出端口(111)；用于接收加压气体燃料的燃料端口(112)；用于与燃料电池系统的阳极出口(13)流体连接的循环端口(113)；所述引射泵(11)具有节流口(114)而使得在加压气体燃料流经节流口时从循环端口吸入待循环气体进行混合后再经由输出端口输出，节流口的节流特性通过调节装置(115)调节，调节装置包括通过使节流口的区域至少部分发生形变而调节节流口的节流特性的形变结构(1151)。还公开了一种相应的燃料电池系统。根据示例性实施例，可通过引射泵很好地适配燃料电池系统的阳极侧的气体循环需求。

Description

用于燃料电池系统的引射泵以及相应的燃料电池系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池领域、尤其是用于车辆的燃料电池系统，具体涉及一种用于燃料电池系统的引射泵以及一种相应的燃料电池系统。

背景技术

燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的电化学发电装置，由于其不消耗化石燃料并且几乎零排放，因此作为下一代能源得到的广泛关注与发展。在各种类型的燃料电池中，质子交换膜燃料电池是一种广泛应用的类型，其具有低运行温度、快速启动等重要优点，因此交换膜燃料电池特别适用于电动车辆。

在质子交换膜燃料电池中，通常采用氢气为燃料向阳极供送，空气或纯氧为氧化剂向阴极供送，其中，聚合物膜作为电解质，将阳极区产生的质子(氢正离子)传导到阴极区。为了将燃料供应到阳极，通常提供引射泵，该引射泵一方面将燃料、例如氢气供应到阳极，另一方面为了使阳极侧保持合适的气氛，还需要使阳极侧的气体循环起来，以使阳极工作在良好的氛围下。

为此，引射泵被配置成基于文丘里原理工作，以在向阳极供应燃料的同时吸入阳极侧的气体，使其与正供应的燃料相混合，然后一起供应给阳极。因此，引射泵的节流特性直接决定了吸入气体的性能。如果在较小的节流口直径的情况下，吸入阳极侧的气体的最大能力会受到限制，可能无法满足高功率需求。如果节流口直径较大，而燃料经节流口的喷射流速又较低，则甚至可能无法从阳极侧吸入气体，从而循环能力不足，不适合低功率需求。

因此，固定节流特性的节流口无法匹配不同的循环需求，从而无法满足不同的功率需求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种改进的用于燃料电池系统的引射泵以及一种相应的燃料电池系统。

根据本实用新型的第一方面，提出了一种用于燃料电池系统的引射泵，所述引射泵包括：用于与所述燃料电池系统的阳极入口流体连接的输出端口；用于接收加压气体燃料的燃料端口；和用于与所述燃料电池系统的阳极出口流体连接的循环端口；其中，所述引射泵具有节流口而使得在加压气体燃料流经所述节流口时从所述循环端口吸入待循环气体进行混合后再经由所述输出端口输出，所述节流口的节流特性通过调节装置调节，所述调节装置包括被配置成适于通过使所述节流口的区域至少部分发生形变而调节所述节流口的节流特性的形变结构。

根据本实用新型的一个可选实施例，所述节流口至少部分由力致形变材料限定。

根据本实用新型的一个可选实施例，所述节流口至少部分由场致形变材料限定。

根据本实用新型的一个可选实施例，所述力致形变材料是力致弹性形变材料。

根据本实用新型的一个可选实施例，所述场致形变材料是磁致形变材料、电致形变材料、热致形变材料中的至少一种。

根据本实用新型的一个可选实施例，所述形变结构包括施力单元，所述施力单元被配置成适于从外侧力作用于所述力致弹性形变材料而控制所述力致弹性形变材料的形变。

根据本实用新型的一个可选实施例，所述场致形变材料是压电材料。

根据本实用新型的一个可选实施例，所述施力单元被配置为适于通过改变流体压力而改变作用于所述力致弹性形变材料的外力的流体压力式施力单元。

根据本实用新型的一个可选实施例，所述施力单元被配置为机械致动器。

根据本实用新型的一个可选实施例，所述压电材料是压电陶瓷材料。

根据本实用新型的一个可选实施例，所述形变结构被配置成适于直接改变所述节流口的边界。

根据本实用新型的一个可选实施例，所述调节装置被配置为电控调节装置。

根据本实用新型的一个可选实施例，所述加压气体燃料包含氢气。

根据本实用新型的一个可选实施例，所述加压气体燃料是氢气。

根据本实用新型的第二方面，提供了一种燃料电池系统，所述燃料电池系统包括根据上述任一示例性实施例的引射泵。

根据本实用新型的某些示例性实施例，可通过引射泵很好地适配燃料电池系统的阳极侧的气体循环需求，以便能够适应各种工况，甚至可以使得省去循环鼓风机，从而降低了成本。

附图说明

下面，通过参看附图更详细地描述本实用新型，可以更好地理解本实用新型的原理、特点和优点。附图包括：

图1示意性地示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的燃料电池系统的一部分的原理图。

图2示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的燃料电池系统的阳极侧的工作原理图。

图3示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的用于调节节流口的节流特性的调节装置。

图4示出了根据本实用新型的另一个示例性实施例的用于调节节流口的节流特性的调节装置。

附图标记列表

1 燃料电池系统

10 电堆

101 阳极

102 阴极

11 引射泵

12 阳极入口

13 阳极出口

111 输出端口

112 燃料端口

113 循环端口

114 节流口

115 调节装置

1151 形变结构

1152 施力单元

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白，以下将结合附图以及多个示例性实施例对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，而不是用于限制本实用新型的保护范围。

图1示意性地示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的燃料电池系统1的一部分的原理图。在此，为了清楚起见，仅示出了与本实用新型密切相关的部分。

燃料电池系统1可以用于车辆中以提供电力，从而驱动车辆电机来提供动力和/或使得车载系统执行各种功能。如图1所示，燃料电池系统1例如是质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统而包括电堆10。电堆10包括阳极101和阴极102。在该燃料电池系统1运行期间，需要将氢气和空气分别供给到电堆11的阳极101和阴极102(如图1中的指向阳极和阴极的相应箭头示意性地所示)。进入阳极101的氢分子被催化剂吸附并且离化为氢离子和电子，氢离子经由电堆10中的质子交换膜(未特别示出)转移到阴极102，电子则通过外电路(未示出)流向阴极102以形成电流。无论是阳极侧还是阴极侧，还均需要从阳极和阴极向外输送流体(如图1中的远离阳极和阴极指向的相应箭头示意性地所示)，以控制和调节阳极和阴极的工作氛围。

图2示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的燃料电池系统1的阳极侧的工作原理图。

如图2所示，燃料电池系统1包括引射泵11，所述引射泵11包括：用于与燃料电池系统1的阳极入口12流体连接的输出端口111、用于接收加压气体燃料的燃料端口112以及用于与燃料电池系统1的阳极出口13流体连接的循环端口113；其中，引射泵11具有节流口114而使得在加压气体燃料流经节流口114时从循环端口113吸入待循环气体进行混合后再经由输出端口111输出，节流口114的节流特性通过调节装置115调节，所述调节装置115包括被配置成适于通过使节流口114的区域至少部分发生形变而调节节流口114的节流特性的形变结构1151。形变结构1151在此仅以箭头示意性地示出。

由此可以看出，引射泵11是基于文丘里原理工作的，节流口114的目的是产生高速气流而形成局部负压。如上所述，燃料电池系统工作时，不仅需要向阳极供应气体燃料，还需要循环使用阳极侧的气体，以将阳极保持在合适的工作气氛下。从阳极侧抽出待循环的气体除了自然包含气体燃料，还会包含其他成分，例如氮气和/或水蒸气。燃料电池系统的阳极侧的工作气氛需要与电堆的功率范围相匹配，引射泵11能够很好地满足这一要求，这是因为节流口114的节流特性可以调节，以适配待循环气体的循环要求和气体燃料的供应情况。本实用新型并不对具体如何基于相应参数控制节流口的节流特性进行描述，而是重点放在调节装置的结构本身。

例如，可以在低的功率范围时，增大节流口114的节流特性而确保有足够量的待循环气体参与循环。

根据本实用新型的一个示例性实施例，调节装置115被配置为电控调节装置。在这种情况下，可以方便控制和实施。

燃料电池系统通常使用氢气或包含氢气的气体作为气体燃料，然而实际中可能并不局限于此。

根据本实用新型的一个示例性实施例，节流口114至少部分由力致形变材料限定。本领域技术人员可以理解，力致形变材料是指在外力作用下会发生形变的材料，例如橡胶。显然，可以选择力致弹性形变材料作为力致形变材料。

根据本实用新型的一个示例性实施例，节流口114至少部分由场致形变材料限定。本领域技术人员可以理解，场致形变材料是指在预定氛围下而能发生形变的材料，其中，预定氛围可以是磁场、电场、热场、光辐射场等。

本实用新型的目的不是意欲改进这些材料本身，而是应用目前已经存在的这类材料。

对于力致形变材料来说，还需要有向其施加外力的装置。为此，如图3所示，根据本实用新型的一个示例性实施例，形变结构1151包括施力单元1152，所述施力单元1152被配置成适于从外侧力作用于力致弹性形变材料而控制力致弹性形变材料的形变。具体地讲，节流口114可以位于力致弹性形变材料内部而可从外部挤压力致弹性形变材料，从而可以调节节流口114的节流特性。图3中用虚线示意性地示出了一种形变状态，此时节流口114的直径被减小。

根据本实用新型的一个示例性实施例，如图4所示，场致形变材料是压电材料1153、特别是压电陶瓷材料。图4中示意性地示出了可以向压电材料1153施加电压而控制或调节节流口114的孔径。

施力单元1152可以是任何合适的装置。例如，可以围绕力致弹性形变材料设置一个气囊，通过控制气囊内的气体压力可以调节力致弹性形变材料的形变，进而可以调节节流口114的节流特性。为此，根据本实用新型的一个示例性实施例，施力单元1152被配置为适于通过改变流体压力而改变作用于力致弹性形变材料的外力的流体压力式施力单元。

当然，也可将施力单元1152配置为机械致动器。

从上面可以看出，形变结构1151被配置成适于直接改变节流口114的边界。这与使节流口114的边界本身不变而改变节流口114被物理阻挡的情况的实施方式不同。

另一方面，本实用新型还涉及一种燃料电池系统，所述燃料电池系统1包括根据上述任一示例性实施例的引射泵11。

尽管这里详细描述了本实用新型的特定实施方式，但它们仅仅是为了解释的目的而给出的，而不应认为它们对本实用新型的范围构成限制。在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，各种替换、变更和改造可被构想出来。

Claims (10)

1.一种用于燃料电池系统的引射泵，其特征在于，所述引射泵(11)包括：

用于与所述燃料电池系统(1)的阳极入口(12)流体连接的输出端口(111)；

用于接收加压气体燃料的燃料端口(112)；和

用于与所述燃料电池系统(1)的阳极出口(13)流体连接的循环端口(113)；

其中，所述引射泵(11)具有节流口(114)而使得在加压气体燃料流经所述节流口(114)时从所述循环端口(113)吸入待循环气体进行混合后再经由所述输出端口(111)输出，所述节流口(114)的节流特性通过调节装置(115)调节，所述调节装置(115)包括被配置成适于通过使所述节流口(114)的区域至少部分发生形变而调节所述节流口(114)的节流特性的形变结构(1151)。

2.根据权利要求1所述的用于燃料电池系统的引射泵，其特征在于，

所述节流口(114)至少部分由力致形变材料限定；和/或

所述节流口(114)至少部分由场致形变材料限定。

3.根据权利要求2所述的用于燃料电池系统的引射泵，其特征在于，

所述力致形变材料是力致弹性形变材料；和/或

所述场致形变材料是磁致形变材料、电致形变材料、热致形变材料中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的用于燃料电池系统的引射泵，其特征在于，

所述形变结构(1151)包括施力单元(1152)，所述施力单元(1152)被配置成适于从外侧力作用于所述力致弹性形变材料而控制所述力致弹性形变材料的形变；和/或

所述场致形变材料是压电材料(1153)。

5.根据权利要求4所述的用于燃料电池系统的引射泵，其特征在于，

所述施力单元(1152)被配置为适于通过改变流体压力而改变作用于所述力致弹性形变材料的外力的流体压力式施力单元；或

所述施力单元(1152)被配置为机械致动器。

6.根据权利要求4所述的用于燃料电池系统的引射泵，其特征在于，

所述压电材料(1153)是压电陶瓷材料。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的用于燃料电池系统的引射泵，其特征在于，

所述形变结构(1151)被配置成适于直接改变所述节流口(114)的边界；和/或

所述调节装置(115)被配置为电控调节装置。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的用于燃料电池系统的引射泵，其特征在于，

所述加压气体燃料包含氢气。

9.根据权利要求8所述的用于燃料电池系统的引射泵，其特征在于，

所述加压气体燃料是氢气。

10.一种燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统(1)包括根据权利要求1-9中任一项所述的引射泵(11)。

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