具有供氫歧管的燃料電池系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有供氫歧管的燃料電池系統(tǒng)，其能夠?qū)⑷剂蠚怏w和水分安全地供應(yīng)給電池堆，電池堆利用燃料氣體和水分產(chǎn)生電能，其中降低氫的壓力以使其再循環(huán)，從而實現(xiàn)再循環(huán)結(jié)構(gòu)的緊湊封裝。
【背景技術(shù)】
[0002]如現(xiàn)有技術(shù)中已知的，具有燃料電池系統(tǒng)的燃料電池車輛將氫作為燃料供應(yīng)給燃料電池堆以產(chǎn)生電力，并且由燃料電池堆生成的電力操作電動機，從而使車輛移動。
[0003]在本文中，燃料電池系統(tǒng)不會將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為燃燒熱，而是作為發(fā)電系統(tǒng)，通過電化學(xué)方法將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。
[0004]燃料電池系統(tǒng)將來自儲氫罐的高純度氫供應(yīng)到燃料電池的燃料電極(陽極)，并利用諸如空氣鼓風(fēng)機等空氣供給裝置，將空氣供應(yīng)到燃料電池的空氣電極(陰極)。
[0005]因此，供應(yīng)到燃料電池堆的氫被分離成質(zhì)子和電子，經(jīng)分離的氫離子通過高分子電解質(zhì)膜供應(yīng)到空氣電極(陰極)，被供應(yīng)到空氣電極的氧與進入空氣電極的電子結(jié)合以形成水分，然后在此產(chǎn)生電能。
[0006]—般地，燃料電池車輛利用通過電池堆中氫和氧的反應(yīng)而產(chǎn)生的電力來操作電動機，從而使車輛能夠移動。基于此目的，有必要為電池堆提供具有預(yù)定壓力的氫。
[0007]另外，為了增加燃料電池車輛的行駛距離，大量的氫是必要的，因此燃料電池車輛利用燃料電池車輛中的具有數(shù)百個大氣壓的高壓氫罐。
[0008]因此，布置多個閥和調(diào)節(jié)器，以降低氫罐與電池堆之間的氫的壓力，并且使用多根管道和歧管分別將其連接起來。
[0009]然而，連接的部分越多，氫泄漏的可能性越大，并且為了保持氣密性，還需要O型密封圈和密封部件，因此增加了成本，并使生產(chǎn)率下降。
[0010]另外，由于增加了在系統(tǒng)的制造和維修之后需要測量泄漏的點，因此氣密性測試時間和成本也增加了。此外，在使用配件和管件來構(gòu)成供氣管線時，增加了連接部件，從而難以使用自動裝置將它們組裝起來，并且難以管理裝配扭矩。因此，燃料電池車輛一直致力于減少具有閥和調(diào)節(jié)器的供氫系統(tǒng)(燃料處理系統(tǒng))的連接部件/體積。
[0011]在【背景技術(shù)】部分所公開的上述信息僅用來增強對本發(fā)明的【背景技術(shù)】的理解，因此可能包含未構(gòu)成已由本國本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明努力提供一種具有供氫歧管的燃料電池系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點:供氫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，泄漏點減少，從而易于維護。
[0013]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的具有供氫歧管的燃料電池系統(tǒng)可包括:電池堆，其利用供應(yīng)的空氣和燃料氣體來產(chǎn)生電力；再循環(huán)管線，其使燃料氣體再循環(huán)到電池堆的入口，其中燃料氣體由電池堆部分地使用以被排出；以及噴射器單元，其布置在再循環(huán)管線上，供應(yīng)新鮮的燃料氣體，并使電池堆排出的燃料氣體再循環(huán)，其中噴射器單元可包括:中壓歧管，其一側(cè)形成有噴嘴安裝部，并形成有供應(yīng)通道以將燃料氣體傳送到噴嘴安裝部；控制閥，其布置在中壓歧管上，以控制被供應(yīng)到電池堆的燃料；噴嘴，其與噴嘴安裝部的端部相接合，以噴射通過供應(yīng)通道供應(yīng)的燃料氣體；以及低壓歧管，其與中壓歧管相接合，形成有腔室以容納噴嘴安裝部和噴嘴，沿著從噴嘴噴射燃料氣體的方向形成有文氏管和擴散器，并且吸入電池堆的廢氣，將廢氣和從噴嘴噴射的燃料進行混合，并通過文氏管和擴散器將混合氣體排出。
[0014]噴嘴安裝部可在中壓歧管的下側(cè)一體地延伸，并且控制閥布置在中壓歧管的上部。
[0015]噴嘴可布置在噴嘴安裝部的下端部的側(cè)面。
[0016]控制閥可包括:沿外周布置的閥線圈；以及布置在閥線圈中的柱塞，其中利用被傳送到閥線圈的動力使柱塞移動，并且柱塞的前端部控制供應(yīng)通道的開放速度和燃料氣體的流量。
[0017]截止閥可布置在控制閥的上游側(cè)，以關(guān)閉供應(yīng)通道。
[0018]供應(yīng)通道可一體地形成在中壓歧管中。
[0019]連接于腔室的凈化通道可一體地形成在中壓歧管中或者從中壓歧管一體地延伸，并且凈化閥布置在中壓歧管上，以關(guān)閉凈化通道。
[0020]凈化通道可連接于腔室，并沿上方形成，并且凈化部從中壓歧管的側(cè)面一體地形成或者一體地延伸，以排出由凈化閥凈化的凈化氣體。
[0021]調(diào)節(jié)器連接部可一體地形成在中壓歧管上，以接收來自高壓調(diào)節(jié)器的燃料氣體。
[0022]中壓歧管和噴嘴安裝部可由金屬材料制成，而噴嘴由聚合物材料制成。
[0023]隔熱層可位于噴嘴安裝部與噴嘴之間，以減少熱傳遞。
[0024]根據(jù)用于實現(xiàn)上述目的的本發(fā)明，形成有文氏管和擴散器的低壓歧管布置在中壓歧管上，噴嘴通過中壓歧管的噴嘴安裝部來布置，高壓氫通過中壓歧管來供應(yīng)，控制閥布置在中壓歧管上，因此整體結(jié)構(gòu)變得緊湊。
[0025]另外，截止閥或凈化閥布置在中壓歧管上，凈化路徑形成在中壓歧管中，因此整體結(jié)構(gòu)變得緊湊，同時易于維護。
【附圖說明】
[0026]圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的燃料電池系統(tǒng)的示意圖；
[0027]圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，配置在燃料電池系統(tǒng)中的供氫歧管的示意性截面圖；
[0028]圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，配置在燃料電池系統(tǒng)中的供氫歧管的示意性立體圖；
[0029]圖4是根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的供氫歧管的示意性截面圖；以及
[0030]圖5是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的供氫歧管的溫度的曲線圖。
[0031]附圖標(biāo)記說明:
[0032]100:柱塞
[0033]105:閥線圈
[0034]110:控制閥
[0035]115:中壓歧管
[0036]120:低壓歧管
[0037]125:噴嘴
[0038]122:噴射器
[0039]150:氫罐
[0040]155:截止閥
[0041]160:高壓調(diào)節(jié)器
[0042]165:凈化閥
[0043]200:噴嘴安裝部
[0044]205:腔室
[0045]210:文氏管
[0046]212:擴散器
[0047]215:供應(yīng)通道
[0048]310:調(diào)節(jié)器連接部
[0049]320:凈化部
[0050]400:凈化通道
[0051]170:電池堆。
【具體實施方式】
[0052]下文中，將參照附圖，對本發(fā)明的示例性實施例進行詳細(xì)說明。
[0053]圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的燃料電池系統(tǒng)的示意圖。
[0054]參照圖1，燃料電池系統(tǒng)包括:氫罐150、截止閥155、高壓調(diào)節(jié)器160、控制閥110、噴嘴125、噴射器122、凈化閥165以及電池堆170。
[0055]作為燃料的氫氣在高壓下存儲于氫罐150中，截止閥155可完全關(guān)閉供氫管線。高壓調(diào)節(jié)器160將高壓氫降低到預(yù)定壓力，而控制閥110控制被供應(yīng)到噴嘴125的氫。
[0056]噴射器122將由噴嘴125噴射的氫與再循環(huán)的燃料氣體進行混合，該混合氣體經(jīng)過文氏管210和擴散器212，而凈化閥165從再循環(huán)管線將水分或不需要的氣體清除到外部。
[0057]燃料電池系統(tǒng)需要氫和氧以便從電池堆170產(chǎn)生電流。在這種情況下，僅將理論反應(yīng)量的氫供應(yīng)到電池堆170，在反應(yīng)后期，氫濃度下降，燃料氣體氫的均勻性劣化，從而使電池堆的性能和穩(wěn)定性劣化，因此過量的氫被供應(yīng)到這里。
[0058]然而，當(dāng)被供應(yīng)到電池堆170的過量氫中的一部分與氧進行反應(yīng)，而其另一部分被排出到外部時，燃料消耗率降低，因此使在電池堆170中反應(yīng)并排出的廢氣再循環(huán)，以便與新鮮的氫混合，并且將混合氣體供應(yīng)到電池堆，從而提高燃料效率。
[0059]另外，在電池堆170的廢氣進行再循環(huán)的情況下，再循環(huán)氣體中的水分能夠防止電池堆170的電解質(zhì)膜變干。
[0060]為了栗送電池堆170的廢氣，需要使用栗。通常情況下，可以使用再生電動鼓風(fēng)機或噴射器122，使廢氣進行再循環(huán)。
[0061]噴射器122高速噴射具有壓力的流體，在噴射的流體周圍形成真空，并且在真空狀態(tài)下吸入周圍的流體，其可被稱為液壓栗。