背景技術(shù)：

1、注射單元可用于將諸如氫的燃料可控地注入到車輛的燃料電池中，以便產(chǎn)生電并經(jīng)由電動機(jī)推進(jìn)車輛。氫燃料車輛的一個優(yōu)點(diǎn)是，與排放一氧化碳的汽油控制的燃燒發(fā)動機(jī)不同，氫系統(tǒng)的主要副產(chǎn)品是水蒸氣，從而消除了大部分有毒排放物。

2、注射單元通常通過將諸如氫的燃料注入到氫燃料電池(或堆)的陽極部分中來發(fā)揮作用，在該陽極部分內(nèi)發(fā)生發(fā)電燃燒反應(yīng)。在氫實(shí)際注入到燃料電池中之前，使用不同的連接部件采取各種準(zhǔn)備步驟。例如，使用熱交換器來加熱氫。通過衰減器來抑制噪聲。還使用各種噴嘴和注射元件將氫調(diào)節(jié)至適當(dāng)?shù)膲毫退俣?。這些元件可有助于重構(gòu)來自先前循環(huán)的未使用的氫，并有助于使用流線型噴射器組件將氫注入到燃料電池中。

3、現(xiàn)代燃料電池注射單元龐大且笨重，并且容易發(fā)生氫泄漏。為了將注射單元的不同部件連接在一起，需要螺栓和o型環(huán)。龐大的噪聲衰減器尤其容易發(fā)生泄漏，并且通常采用復(fù)雜的鍛造技術(shù)來防止這種現(xiàn)象。這些注射單元可能仍然具有若干泄漏嚴(yán)重的點(diǎn)。由于氫原子的常規(guī)同位素由單個質(zhì)子和單個電子(通常以分子形式鍵合到另一個此類原子)組成，因此燃料物理上非常小并且通過最小的孔滲透。在常用于注射單元中的諸如o型環(huán)的彈性體密封件以及不同部件之間的其他連接器中泄漏特別嚴(yán)重。這種泄漏會導(dǎo)致燃料損失以及不期望的氫排放的增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、在本公開的一個方面，一種增材制造的氫燃料電池注射單元包括：主體，其包括噪聲衰減容積，所述主體的第一端包括用于安裝注射器的孔；噴射器組件，其包括噴射管和位于所述主體的第二端處的堆陽極入口，所述堆陽極入口配置成將氫注入到燃料電池中；熱交換器，其集成在所述噪聲衰減容積內(nèi)，并且包括布置在其中的單元格的三周期極小曲面(tpms)格狀結(jié)構(gòu)，所述tpms格狀結(jié)構(gòu)被配置成加熱流過其的氫，所述熱交換器的每個端表面與所述主體的所述第一端和所述第二端分開相應(yīng)的容積；以及噴射器噴嘴，其耦接到所述主體的內(nèi)部并且在所述主體的所述第一端處與所述注射器對準(zhǔn)，所述噴射器噴嘴被間隙圍繞；所述間隙通向所述主體的再循環(huán)路徑入口，以用于重新捕獲靠近所述再循環(huán)路徑入口的殘余氫；其中，所述噴射管突出穿過所述熱交換器并且與所述噴射器噴嘴對準(zhǔn)，使得所述噴射管將氫傳遞到所述堆陽極入口。

2、在各個方面，傳遞到堆陽極入口的氫包括：(1)源自注射器噴嘴的加壓氫；(2)所述間隙中的殘余氫；以及(3)離開熱交換器的氫。主體的第二端包括用于從源接收氫的入口。熱交換器的第一端表面和主體的第一端之間的容積限定第一容積。熱交換器的與第二容積相鄰的第二端表面以幾何梯度(geometrical?gradient)成形，該幾何梯度配置成使得在主體的第二端處的入口處接收的剩余氫在進(jìn)入熱交換器時能夠跨第二容積均勻地分布，以使得能夠?qū)崿F(xiàn)氫的均勻熱增加。

3、在各種實(shí)施例中，熱交換器的第二端表面靠近氫流入到其中的第二容積。熱交換器的第一端表面限定第一容積的下部部分，并且成形為形成梯度，以使加熱的氫更均勻地分布。在一個實(shí)施例中，該梯度成形為至少部分地呈圓錐形。所述tpms格狀結(jié)構(gòu)包括具有兩個通道的多個單元格，其中，第一通道使氫穿過所述熱交換器，并且第二通道傳遞流體以加熱所述氫。

4、在各種實(shí)施例中，所述主體的一側(cè)包括兩個孔，以用于使流體通過所述熱交換器的第二通道。噴射器噴嘴可被配置成選擇性地激活，以可控地使從靠近主體的第一端的熱交換器表面流動的氫穿過噴射管，以便排放到燃料電池中。注射器的激活被配置成在所述間隙中產(chǎn)生低壓區(qū)，以將殘余氫通過噴射器噴嘴和噴射管引入到堆陽極入口中。

5、在本公開的另一方面，一種增材制造的燃料電池注射單元包括主體，在其中具有噪聲衰減容積。該主體的第一端包括用于安裝氫注射器的孔。噴射器組件包括噴射管，其具有定位在噴射管的輸出部處的堆陽極入口，以用于將氫注入到燃料電池中。熱交換器包括集成在噪聲衰減容積內(nèi)的單元格的格狀結(jié)構(gòu)。該格狀結(jié)構(gòu)被配置成加熱流過其的氫。熱交換器的每個端表面與主體的相應(yīng)的第一端和第二端分開相應(yīng)的容積。熱交換器的與每個相應(yīng)容積相鄰的表面包括梯度。噴射器噴嘴被耦接到主體的內(nèi)部，并且與主體的第一端處的注射器對準(zhǔn)。噴射器噴嘴被間隙圍繞。該間隙通向主體的再循環(huán)路徑入口，以用于重新捕獲殘余氫。噴射管突出穿過熱交換器并且與注射器噴嘴對準(zhǔn)，使得噴射管被配置成將氫傳遞到堆陽極入口。

6、在各種實(shí)施例中，所述熱交換器的與所述相應(yīng)容積相鄰的表面中的一個或兩個在形狀上至少部分地呈圓錐形。注射器選擇性地被激活，以將氫從源注入到噴射器噴嘴中，從而在所述間隙中產(chǎn)生低壓區(qū)域，以用于重新捕獲來自上一個發(fā)動機(jī)循環(huán)的未使用的氫。

7、注射器還可被配置成將離開熱交換器的加熱的氫排放到由熱交換器的表面界定的容積中，進(jìn)入到噴射器噴嘴中，并且其后進(jìn)入到噴射管中。

8、在各種實(shí)施例中，燃料注射單元還包括共同印制在噪聲衰減容積的出口內(nèi)的多個壓力傳感器。當(dāng)壓力下降到閾值以下時，注射器可被循環(huán)地激活，以注射氫。增材制造的主體以及集成的噪聲衰減容積和熱交換器可形成為單一的整體單元，以消除彈性體密封件的使用。所述主體的元件被設(shè)計成避免尖角和突然改變的邊緣，并且替代地使用彎曲部分。所述噴射管可為沒有拔模角的使用增材制造形成的文丘里管。

9、在本公開的又一個方面，一種用于增材制造燃料注射器單元的方法包括形成主體，該主體具有至少部分地圓柱形形狀并且在其中限定聲衰減容積。所述方法還包括印制沿所述主體的至少一部分從第一端縱向延伸至第二端的文丘里管，在所述第二端處印制堆陽極入口，以將氫注入到燃料電池中。所述方法還包括在第一端處印制與文丘里管對準(zhǔn)的噴射器噴嘴，以用于選擇性地將氫注入到文丘里管中，以及將噴射器噴嘴封閉在間隙內(nèi)，該間隙延伸至主體的表面中的孔。該間隙用于回收殘余氫，以便經(jīng)由噴射器噴嘴和文丘里管排放到堆陽極入口中。

10、該方法還包括將熱交換器集成到聲衰減容積中。該熱交換器包括布置在文丘里管和主體的周邊之間的單元格的格狀結(jié)構(gòu)，使得熱交換器的與第一端相鄰的第一表面包括在第一端處界定第一容積的梯度，并且熱交換器的與第二端相鄰的第二表面包括與第二端界定第二容積的梯度。進(jìn)入第二表面中的入口孔的氫通過熱交換器從第二容積流動到第一容積。所述方法還包括在第一端中形成孔，以用于安裝注射器，該注射器配置成選擇性地將來自所述間隙、第一容積和注射器的氫排放通過噴射器噴嘴并進(jìn)入到文丘里管中，以便在堆陽極入口處進(jìn)入到燃料電池中。

11、在各種實(shí)施例中，所述熱交換器的所述第一表面或所述第二表面在形狀上至少部分地呈圓錐形。所述主體還可包括：冷卻劑輸入部，其用于將冷卻劑注入到所述熱交換器的通道中；以及冷卻劑輸出部，其用于從所述熱交換器接收所述冷卻劑。

12、本發(fā)明還包括以下技術(shù)方案：

13、方案1.一種增材制造的氫燃料電池注射單元，包括：

14、主體，所述主體包括集成在其中的噪聲衰減容積，所述主體的第一端包括用于安裝注射器的孔；

15、噴射器組件，其包括噴射管和位于所述主體的第二端處的堆陽極入口，所述堆陽極入口配置成將氫注入到燃料電池中；

16、熱交換器，其集成在所述噪聲衰減容積內(nèi)，并且包括布置在其中的單元格的三周期極小曲面(tpms)格狀結(jié)構(gòu)，所述tpms格狀結(jié)構(gòu)被配置成加熱流過所述tpms格狀結(jié)構(gòu)的氫，所述熱交換器的每個端表面與所述主體的所述第一端和所述第二端分開相應(yīng)的容積；以及

17、噴射器噴嘴，其耦接到所述主體的內(nèi)部并且在所述主體的所述第一端附近與所述注射器對準(zhǔn)，所述噴射器噴嘴被間隙圍繞，所述間隙通向所述主體的再循環(huán)路徑入口，以用于重新捕獲靠近所述再循環(huán)路徑入口的殘余氫，

18、其中，所述噴射管突出穿過所述熱交換器并且與所述噴射器噴嘴對準(zhǔn)，使得所述噴射管使氫穿過所述堆陽極入口。

19、方案2.根據(jù)方案1所述的燃料電池注射單元，其中，從所述堆陽極入口傳遞到所述燃料電池的氫包括：(1)源自所述注射器的加壓氫；(2)靠近所述再循環(huán)路徑入口的殘余氫；以及(3)離開所述熱交換器的氫。

20、方案3.根據(jù)方案1所述的燃料電池注射單元，其中：

21、所述主體的所述第二端包括耦接到氫源的入口；

22、所述熱交換器的第一端表面與所述主體的所述第一端之間的容積為第一容積；

23、所述熱交換器的第二端表面與所述主體的所述第二端之間的容積為第二容積；以及

24、所述熱交換器的所述第二端表面以幾何梯度成形，所述幾何梯度配置成使得從所述主體的所述第二端處的所述入口接收的氫能夠在進(jìn)入并通過所述熱交換器時均勻地分布在所述第二容積中，以使得能夠?qū)崿F(xiàn)所述氫的均勻熱增加。

25、方案4.根據(jù)方案1所述的燃料電池注射單元，其中：

26、所述熱交換器的第一端表面和所述主體的所述第一端限定第一容積，離開所述熱交換器的加熱的氫流入到所述第一容積中；以及

27、所述熱交換器的所述第一端表面成形為形成梯度，以便在所述加熱的氫離開所述熱交換器進(jìn)入到所述第一容積中時，所述加熱的氫更均勻地分布。

28、方案5.根據(jù)方案4所述的燃料電池注射單元，其中，所述梯度成形為至少部分地呈圓錐形。

29、方案6.根據(jù)方案1所述的燃料電池注射單元，其中，所述tpms格狀結(jié)構(gòu)包括形成兩個通道的多個單元格，其中，第一通道使氫穿過所述熱交換器，并且第二通道傳遞流體以加熱所述氫。

30、方案7.根據(jù)方案6所述的燃料電池注射單元，其中，所述主體的一側(cè)包括兩個孔，以用于使所述流體通過所述熱交換器的所述第二通道。

31、方案8.根據(jù)方案1所述的燃料電池注射單元，其中，所述注射器被配置成選擇性地激活，以可控地使從靠近所述主體的所述第一端的容積流動的氫穿過所述噴射器噴嘴和所述噴射管，以便排放到所述燃料電池中。

32、方案9.根據(jù)方案1所述的燃料電池注射單元，其中，所述噴射管包括文丘里管，所述文丘里管和所述注射器被配置成在所述間隙中產(chǎn)生低壓，以將所述殘余氫通過再循環(huán)路徑入口引入到所述間隙中，并且通過所述噴射管經(jīng)由所述堆陽極入口進(jìn)入到所述燃料電池中。

33、方案10.一種增材制造的燃料電池注射單元，包括：

34、其中具有噪聲衰減容積的主體；所述主體的第一端包括用于安裝氫注射器的孔；

35、噴射器組件，其包括耦接到堆陽極入口的噴射管，所述堆陽極入口位于所述主體的第二端處，以用于將氫注入到燃料電池中；

36、熱交換器，其包括集成在所述噪聲衰減容積內(nèi)的單元格的格狀結(jié)構(gòu)，所述格狀結(jié)構(gòu)被配置成加熱流過其的氫，所述熱交換器的每個端表面與所述主體的所述第一端和所述第二端分開相應(yīng)的容積，所述熱交換器的與每個相應(yīng)容積相鄰的表面包括梯度；

37、噴射器噴嘴，其在所述主體的所述第一端處耦接到所述注射器的輸出部，所述噴射器噴嘴被間隙圍繞，所述間隙通向所述主體的再循環(huán)路徑入口，以用于重新捕獲過剩的氫；以及

38、噴射管，其突出穿過所述熱交換器并且與所述噴射器噴嘴對準(zhǔn)，使得所述噴射管被配置成將氫經(jīng)由所述堆陽極入口傳遞到所述燃料電池。

39、方案11.根據(jù)方案10所述的燃料電池注射單元，其中，所述熱交換器的與所述相應(yīng)容積相鄰的表面中的一個或兩個在形狀上至少部分地呈圓錐形。

40、方案12.根據(jù)方案10所述的燃料電池注射單元，其中，所述注射器被選擇性地激活，以將氫從源注入到所述噴射器噴嘴中，從而經(jīng)由所述噴射管將氫從所述堆陽極入口噴射到所述燃料電池中，并且在所述間隙中產(chǎn)生低壓區(qū)域，以用于重新捕獲過剩的氫。

41、方案13.根據(jù)方案12所述的燃料電池注射單元，其中，所述注射器還被配置成將離開所述熱交換器的加熱的氫引導(dǎo)到靠近所述第一端的容積中，進(jìn)入到所述噴射器噴嘴中，并且隨后進(jìn)入到所述噴射管中。

42、方案14.根據(jù)方案12所述的燃料電池注射單元，還包括與所述噴射器組件共同印制的多個壓力傳感器，其中，當(dāng)壓力下降到低于閾值時，所述注射器被循環(huán)地激活，以注射所述氫。

43、方案15.根據(jù)方案10所述的燃料電池注射單元，其中，所述主體包括增材制造(am)主體，并且其中，所述am主體以及集成的噪聲衰減容積和熱交換器形成為單一的整體單元，以消除彈性體密封件的使用。

44、方案16.根據(jù)方案10所述的燃料電池注射單元，其中，所述主體的元件被設(shè)計成避免尖角和突然改變的邊緣，并且替代地形成彎曲部分。

45、方案17.根據(jù)方案10所述的燃料電池注射單元，其中，所述噴射管包括沒有拔模角的使用增材制造形成的文丘里管。

46、方案18.一種用于增材制造燃料注射器單元的方法，包括：

47、形成主體，所述主體具有至少部分地圓柱形形狀，并且在其中限定聲衰減容積；

48、印制沿所述主體的至少一部分從第一端縱向延伸至第二端的文丘里管，在所述第二端處印制堆陽極入口，以將氫注入到燃料電池中；

49、在所述第一端處印制與所述文丘里管對準(zhǔn)的噴射器噴嘴，以用于選擇性地將氫注入到所述文丘里管中；

50、將所述噴射器噴嘴封閉在延伸至所述主體的表面中的孔的間隙內(nèi)，所述間隙用于回收未使用的氫，以便經(jīng)由所述噴射器噴嘴和所述文丘里管排放到所述堆陽極入口中；

51、將熱交換器集成到所述聲衰減容積中，所述熱交換器包括布置在所述文丘里管和所述主體的周邊之間的單元格的格狀結(jié)構(gòu)，使得所述熱交換器的與所述第一端相鄰的第一表面包括在所述第一端處界定第一容積的梯度，并且所述熱交換器的與所述第二端相鄰的第二表面包括與所述第二端界定第二容積的梯度，其中，進(jìn)入所述第二表面中的入口孔的氫通過所述熱交換器從所述第二容積流動到所述第一容積；以及

52、在所述第一端中形成孔，以用于安裝注射器，所述注射器被配置成選擇性地從所述第一容積以及從注射器排放氫通過所述噴射器噴嘴并進(jìn)入到所述文丘里管中，以便在所述堆陽極入口處進(jìn)入到所述燃料電池中。

53、方案19.根據(jù)方案18所述的方法，其中，所述熱交換器的所述第一表面或所述第二表面在形狀上至少部分地呈圓錐形。

54、方案20.根據(jù)方案18所述的方法，其中，所述主體還包括：冷卻劑輸入部，其用于將冷卻劑注入到所述熱交換器的通道中；以及冷卻劑輸出部，其用于從所述熱交換器接收所述冷卻劑。

55、上面的概述不意在代表本公開的每個實(shí)施例或每個方面。相反，前面的概述僅提供本文闡述的一些新穎概念和特征的示例。當(dāng)結(jié)合附圖和所附權(quán)利要求時，通過下面對用于實(shí)施本公開的所示示例和代表性模式的詳細(xì)描述，本公開的上述特征和優(yōu)點(diǎn)以及其他特征和伴隨的優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見的。而且，本公開明確地包括上面和下面呈現(xiàn)的元件和特征的各種組合和子組合。