用于燃料電池系統(tǒng)的噴射器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于燃料電池系統(tǒng)的噴射器，更具體地，涉及用于向燃料電池系統(tǒng)中的電池堆供應(yīng)燃料(例如氫)的噴射器。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，燃料電池系統(tǒng)是一種將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電系統(tǒng)。
[0003]這樣的燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池堆、用于向燃料電池堆供應(yīng)燃料(例如氫)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)、用于向燃料電池堆供應(yīng)空氣中的氧(其是電化學(xué)反應(yīng)所需的氧化劑)的空氣供應(yīng)系統(tǒng)、以及用于將燃料電池堆的反應(yīng)熱排出到系統(tǒng)外側(cè)并且控制燃料電池堆的驅(qū)動(dòng)溫度的冷卻系統(tǒng)。
[0004]如圖5(相關(guān)技術(shù))中所示，常規(guī)燃料電池系統(tǒng)中的燃料供應(yīng)和再循環(huán)系統(tǒng)基本上包括與儲(chǔ)氫罐100連接的氫供應(yīng)管線110、燃料電池堆170的未反應(yīng)氫再循環(huán)所經(jīng)過的氫再循環(huán)管線120、安裝在電池組入口 130與氫再循環(huán)管線120交會(huì)的結(jié)點(diǎn)處以朝向燃料電池堆的陽(yáng)極栗送新的氫和再循環(huán)的氫的噴射器140a和140b、安裝在氫供應(yīng)管線110上以測(cè)量氫和空氣的壓力的電池組入口壓力傳感器150、以及安裝在氫供應(yīng)管線110上的調(diào)節(jié)器160。
[0005]在此情況下，噴射器140a和140b通過噴嘴噴射從高壓罐供應(yīng)的經(jīng)壓縮的氫從而產(chǎn)生真空，使得燃料電池堆中的排氣被吸收以使氫氣再循環(huán)。
[0006]鼓風(fēng)機(jī)可以用作上文所描述的燃料電池系統(tǒng)的再循環(huán)裝置，但是作為基于電動(dòng)機(jī)的致動(dòng)器的鼓風(fēng)機(jī)較為昂貴，并且例如軸承的部件可能由于再循環(huán)氣體的冷凝物而容易腐蝕。另外，當(dāng)旋轉(zhuǎn)部件因冷凝物而被卡住時(shí)，可通過使用加熱器來(lái)使旋轉(zhuǎn)部件解凍，這會(huì)不令人期望地增加此類布置的復(fù)雜度。
[0007]用作上述問題的簡(jiǎn)單解決方案的噴射器通過使用高壓調(diào)節(jié)器后端的約100巴的氫經(jīng)噴嘴噴射射流，以產(chǎn)生同時(shí)供應(yīng)和再循環(huán)燃料所需的動(dòng)量。
[0008]然而，當(dāng)噴嘴的直徑增大時(shí)，射流速度減小，使得噴射器的吸收性能劣化。
[0009]出于此原因，盡管減小噴射器噴嘴的尺寸在性能上是有利的，但是仍需要增大噴嘴的喉部面積以便對(duì)于較大負(fù)載供應(yīng)大量流體。
[0010]作為可能的解決方案，已經(jīng)提出布置大噴射器140b和小噴射器140a的技術(shù)。
[0011]如圖5中所示，當(dāng)設(shè)置大噴射器時(shí)，噴射器必須根據(jù)負(fù)載量使用大噴嘴或小噴嘴，使得將大噴嘴用于大量負(fù)載而將小噴嘴用于少量負(fù)載。
[0012]噴射器的性能可以通過燃料供應(yīng)和栗送根據(jù)再循環(huán)性能來(lái)進(jìn)行分類。噴嘴的尺寸越大，在相同壓力下可供應(yīng)的燃料流量就越大。然而，當(dāng)噴嘴較大時(shí)，栗送性能因?qū)τ谏倭苛黧w的射流速度低而劣化。盡管小尺寸噴嘴具有較好的氣動(dòng)性能因?yàn)樾〕叽鐕娮旒词乖诘退焦?yīng)中也具有高流速，但是小尺寸噴嘴不能滿足供應(yīng)大量流體的需求。
[0013]考慮到以上，在韓國(guó)未審查專利公開第10-2012-0136708號(hào)中已經(jīng)提出一種用于控制燃料電池系統(tǒng)的氫燃料供應(yīng)的裝置。
[0014]如圖6(相關(guān)技術(shù))中所示，用于控制燃料電池系統(tǒng)的氫燃料供應(yīng)的裝置包括安裝在燃料電池堆入口處以向燃料電池堆供應(yīng)氫并且形成再循環(huán)流的噴射器200、與氫供應(yīng)管線連接以與噴射器200的噴嘴入口 210連通從而控制氫供應(yīng)的比例控制電磁閥220、以及根據(jù)燃料電池系統(tǒng)的輸出控制比例控制電磁閥220的驅(qū)動(dòng)的閥控制器(未示出)。
[0015]在此情況下，閥控制器在當(dāng)前狀態(tài)下的輸出小于預(yù)設(shè)的參考輸出的低輸出區(qū)段中在脈沖流控制方案下控制比例控制電磁閥的驅(qū)動(dòng)。
[0016]附圖標(biāo)記230是噴射器噴嘴，并且附圖標(biāo)記240和250分別表不噴射器出口和閥體。
[0017]根據(jù)以上技術(shù)，通過脈沖氫供應(yīng)改進(jìn)了低負(fù)載噴射器的性能?？刂泼}沖氫供應(yīng)的閥為比例控制閥，其在低負(fù)載下通過快速開/關(guān)操作向噴嘴供應(yīng)脈沖流。另外，在作為燃料供應(yīng)條件的大負(fù)載條件下，通過活塞的上下移動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)靜驅(qū)動(dòng)(quiet driving)。
[0018]然而，在以上技術(shù)中，必須設(shè)定低負(fù)載驅(qū)動(dòng)范圍，并且該范圍越大，開/關(guān)操作的次數(shù)就越多，使得對(duì)閥產(chǎn)生苛刻的要求。
[0019]特別地，如有可能，則需要通過小范圍內(nèi)的最少位移執(zhí)行脈沖流。最理想的是在沒有任何脈沖流的情況下獲得所需的氣動(dòng)性能。
[0020]換句話說，改進(jìn)噴射器的栗送效率，使得可以保證閥耐久性并且可以抑制噪聲產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]本發(fā)明的目的是提供一種噴射器，其能夠根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載的增大或減小自動(dòng)地移動(dòng)噴嘴的位置，能夠通過選擇在使用噴射器的燃料電池系統(tǒng)中的噴嘴喉部面積來(lái)控制氫的必要供應(yīng)和再循環(huán)流量，并且具體地說，能夠經(jīng)自動(dòng)地控制以在低負(fù)載下通過小噴嘴供應(yīng)氫使得再循環(huán)量增加。
[0022]為了實(shí)現(xiàn)以上目的，根據(jù)本發(fā)明，提供一種具有以下特征的用于燃料電池系統(tǒng)的噴射器。
[0023]安裝在燃料電池的再循環(huán)流動(dòng)路徑上以向燃料電池堆的陽(yáng)極栗送并且供應(yīng)新的氫和再循環(huán)氣體的燃料電池系統(tǒng)用噴射器包括:噴射器主體，在前端具有氫出口且在后端具有再循環(huán)氫入口 ；噴嘴，安裝在噴射器主體中以與用于控制氫供應(yīng)的流量控制閥連通；噴嘴主體，具有氫流動(dòng)路徑；以及噴嘴裝置，安裝在噴嘴主體處并且配置成提供氫流動(dòng)路徑，噴嘴主體根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載的增大或減小改變噴嘴喉部面積，使得氫供應(yīng)和再循環(huán)流量得到控制。
[0024]具體地說，噴嘴裝置包括:噴嘴蓋，安裝在噴嘴主體的前端；閥噴嘴，配置成提供氫流動(dòng)路線，與噴嘴蓋的內(nèi)軸線平行地布置，并且在由彈簧彈性地支承以移動(dòng)的同時(shí)打開或關(guān)閉噴嘴蓋的內(nèi)側(cè)和氫流動(dòng)路徑；以及襯套，配置成在同心地介于噴嘴蓋與閥噴嘴之間的同時(shí)，通過使用多個(gè)孔提供氫弓I入到噴嘴蓋中的流動(dòng)路線。
[0025]因此，用于燃料電池系統(tǒng)的噴射器能夠當(dāng)系統(tǒng)在低負(fù)載或中等或高負(fù)載下驅(qū)動(dòng)時(shí)根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載的增大或減小自動(dòng)地移動(dòng)噴嘴的位置，并且能夠改變噴嘴喉部面積使得氫供應(yīng)和再循環(huán)流量可以得到調(diào)整。
[0026]優(yōu)選地，在閥噴嘴的后端形成閥片，該閥片用于在選擇性地關(guān)閉噴嘴主體中的氫流動(dòng)路徑的孔口的同時(shí)打開或關(guān)閉噴嘴蓋的內(nèi)側(cè)和氫流動(dòng)路徑。
[0027]還優(yōu)選地，在閥噴嘴的后端形成突起，該突起比閥片的后表面更向后突出，使得可以引起氫的渦流和壓降。
[0028]用于燃料電池系統(tǒng)的噴射器可以根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載的增大或減小自動(dòng)地移動(dòng)噴嘴的位置，通過選擇在使用噴射器的燃料電池系統(tǒng)中的噴嘴喉部面積來(lái)控制氫的必要供應(yīng)和再循環(huán)流量，并且具體地說，經(jīng)自動(dòng)控制以在低負(fù)載下通過小噴嘴供應(yīng)氫使得再循環(huán)量增加，從而改進(jìn)噴射器的栗送效率、保證閥中的配置并且抑制噪聲產(chǎn)生。
【附圖說明】
[0029]現(xiàn)在將參考附圖圖示的本發(fā)明的某些示例性實(shí)施方式來(lái)詳細(xì)地描述本發(fā)明的上述和其它特征，下文給出的這些實(shí)施方式僅僅用于示例說明，因此不是對(duì)本發(fā)明的限制，其中:
[0030]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于燃料電池系統(tǒng)的噴射器的截面視圖；
[0031]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的當(dāng)用于燃料電池系統(tǒng)的噴射器在低負(fù)載下驅(qū)動(dòng)時(shí)的噴射器狀態(tài)的截面視圖；
[0032]圖3是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的當(dāng)用于燃料電池系統(tǒng)的噴射器在中等或高負(fù)載下驅(qū)動(dòng)時(shí)的噴射器狀態(tài)的截面視圖；
[0033]圖4是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的當(dāng)用于燃料電池系統(tǒng)的噴射器在中等負(fù)載下(在過渡區(qū)中)驅(qū)動(dòng)時(shí)噴射器狀態(tài)的截面視圖；
[0034]圖5(相關(guān)技術(shù))是示出燃料電池系統(tǒng)中的燃料供應(yīng)和再循環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)配置的示意圖；并且
[0035]圖6(相關(guān)技術(shù))是示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)的用于調(diào)整燃料電池系統(tǒng)的氫燃料供應(yīng)的裝置的截面視圖。
[0036]應(yīng)當(dāng)理解到，所附的附圖并非必然是按比例的，其說明了本發(fā)明基本原理的各種優(yōu)選特征的一定程度上簡(jiǎn)化的代表。本文公開的本發(fā)明的具體設(shè)計(jì)特征，包括，例如，具體大小、方向、位置和形狀將部分取決于具體的既定用途和使用環(huán)境。
[0037]在附圖中，附圖標(biāo)記在幾張圖中通篇指代本發(fā)明的相同或等同部件。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下文中，將參考附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明。
[0039]應(yīng)理解，本文使用的術(shù)語(yǔ)“車輛”或“車輛的”或其它類似術(shù)語(yǔ)包括通常的機(jī)動(dòng)車，例如，包括多功能運(yùn)動(dòng)車(SUV)、公共汽車、卡車、各種商務(wù)車的客車，包括各種船只和船舶的水運(yùn)工具，飛行器等等，并且包括混合動(dòng)力車、電動(dòng)車、插入式混合電動(dòng)車、氫動(dòng)力車和其它代用燃料車(例如，來(lái)源于石油以外的資源的燃料)。如本文所提到的，混合動(dòng)力車是具有兩種或多種動(dòng)力源的車輛，例如，具有汽油動(dòng)力和電動(dòng)力的車輛。
[0040]本文使用的術(shù)語(yǔ)僅僅是為了說明【具體實(shí)施方式】的目的而不是意在限制本發(fā)明。如本文所使用的，單數(shù)形式“一個(gè)、一種(a、an)”和“該(the) ”也意在包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文中清楚指明。還可以理解的是，在說明書中使用的術(shù)語(yǔ)“包括(comprises和/或comprising) ”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或其群組。如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)所列項(xiàng)目的任何和所有組合。
[0041]此外，本發(fā)明的控制邏輯可實(shí)施為含有通過處理器、控制器等執(zhí)行的可執(zhí)行程序指令的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的例子包括但不限于，ROM、RAM、光盤(CD)-ROM、磁帶、軟盤、優(yōu)盤、智能卡和光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置。還能夠在網(wǎng)絡(luò)耦合的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中分布計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)，使得例如通過遠(yuǎn)程信息處理服務(wù)器或控制器局域網(wǎng)(CAN)以分散的方式存儲(chǔ)并且執(zhí)行計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
[0042]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于燃料電池系統(tǒng)的噴射器的截面視圖。
[0043]如圖1中所示，噴射器安裝在燃料電池堆的入口以通過栗送向燃料電池堆供應(yīng)新的氫和再循環(huán)的氫。
[0044]流量控制閥13與噴射器的后端連接，使得氫(新的氫)傳送到噴射器，從而以通過流量控制閥13控制的流量供應(yīng)到電池堆。
[0045]在此情況下，例如與在韓國(guó)未審查專利公開第10-2012-0136708號(hào)中公開的流量控制閥具有相同結(jié)構(gòu)的常規(guī)流量控制閥可以用作為流量控制閥13，并且將省略其詳述。
[0046]噴射器包括噴射器主體12。噴射器主體12具有以下結(jié)構(gòu)，其中引起氫通過噴嘴14向電池堆噴灑的混合器和擴(kuò)散器與容納噴嘴14的主體相繼連