具有喷射器的燃料电池系统

摘要

本发明涉及一种具有喷射器的燃料电池系统，其包括通过使用供应到其中的空气和燃料气体产生电力的电池堆。燃料气体循环管线从电池堆的出口到电池堆的入口将燃料气体重新循环。喷射器安装到燃料气体循环管线用于供应新鲜燃料气体并循环燃料气体。喷射器包括具有连接到燃料气体重新循环管线的一侧的真空吸入管以及安装到真空吸入管用于喷射燃料气体以形成真空的燃料气体喷嘴。从燃料气体喷嘴喷射燃的料气体通过内壳。外壳被布置在内壳体的外侧，以与内壳构成冷凝水空间。内壳将水从内壳的内侧排出到冷凝水空间。

权利要求

1.一种具有喷射器的燃料电池系统，包括：

电池堆，用于通过使用供应到其中的空气和燃料气体产生电力；

燃料气体循环管线，用于从所述电池堆的出口到所述电池堆的入口循环所述燃料气体；以及喷射器，安装到所述燃料气体循环管线用于供应新鲜燃料气体并循环所述燃料气体，其中所述喷射器包括：真空吸入管，具有连接到所述燃料气体循环管线的一侧，燃料气体喷嘴，安装到所述真空吸入管用于喷射所述燃料气体以形成真空；

内壳，从所述燃料气体喷嘴喷射的所述燃料气体通过所述内壳，以及外壳，被布置在所述内壳的外部，以与所述内壳构成冷凝水空间，其中所述内壳将水从所述内壳的内部排出到所述冷凝水空间，且所述内壳是允许水穿过其中的多孔部件或离子交换树脂。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述内壳是多孔膜。

3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述内壳具有至少一个形成在其中的用于将冷凝水排出到所述冷凝水空间的排水孔。

4.根据权利要求1所述的燃料电池系统，进一步包括冷凝水蓄水器，其安装到所述燃料气体循环管线用于收集从所述冷凝水空间排出的冷凝水。

5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，进一步包括在所述冷凝水空间和所述冷凝水蓄水器之间连接的冷凝水排水管。

6.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中所述至少一个排水孔在所述内壳的内径变大的区域的端部形成。

7.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中所述至少一个排水孔具有沿所述内壳的周围延伸的狭缝形状。

8.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中通过所述燃料气体喷嘴喷射的燃料气体包括氢气。

9.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述燃料气体循环管线的至少一部分包括：形成于其中用于使循环燃料气体通过的流动通道，包括；

通水内管，用于使水从其内部到外部通过，以及外管，形成为围绕所述通水内管的外部以在所述外管和所述通水内管之间形成空间，其中所述外管连接到所述冷凝水蓄水器。

10.根据权利要求9所述的燃料电池系统，其中所述通水内管的至少一部分由多孔部件或离子交换树脂形成。

11.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中至少一个排水孔在与所述冷凝水空间的端部相匹配的位置上形成。

说明书

具有喷射器的燃料电池系统

[0001] 相关申请的交叉参考

[0002] 本申请要求2013年12月17日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请号10-2013-0157584的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

[0003] 本发明涉及一种具有向电池堆稳定地供应燃料气体和水分的喷射器的燃料电池系统，该电池堆通过使用用于稳定产生电力的燃料气体和空气来发电的。

背景技术

[0004] 众所周知，具有安装有燃料电池系统的燃料电池车辆将用作燃料的氢气供应到燃料电池堆以产生电力来驱动驱动车辆的电动机。在这种情况下，燃料电池系统是一种电力系统，在燃料电池堆内，不会将燃料的化学能通过燃烧转换成热，而是直接将电化学能转换为电能。

[0005] 在燃料电池系统中，在操作过程中，高纯度的氢气从氢存储罐被供应到燃料电池的燃料极(阳极)，并且大气空气通过使用空气供应单元如鼓风机被供应到燃料电池的空气极(阴极)。

[0006] 根据现有技术，供应到燃料电池堆的氢气通过催化剂在燃料极(阳极)分离成氢离子和电子，并且分离出的氢离子通过聚合物电解质膜到空气极(阴极)使得供应到空气极的氧气结合通过外部导线到达空气极的电子，以产生电能，同时产生水。燃料电池堆的膜电极组件(MEA)需要具有适当量的水分保持在其上，并且循环燃料电池堆的燃料气体循环管线和空气循环管线各自安装有加湿器，以便运行电池堆。

[0007] 为了循环在燃料系统中的燃料气体，可以使用的喷射器。在这种情况下，包含在循环的燃料气体中的液体状态的冷凝水可以直接供应到电池堆，从而引起冷凝水的液滴堵塞电池堆的通道的一部分。因此，如果电池堆的通道的一部分被堵塞，到通道部分的燃料气体供应率减小，并且整个电池堆可能劣化。因此，已经有用于除去供应到电池中的水分的不懈的研究。

[0008] 在此背景技术部分公开的上述信息仅用于增强对本发明的背景的理解，并且因此，它可能包含不构成对于该国的本领域技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

[0009] 本发明提供一种具有稳定发电的优点的具有喷射器的燃料电池系统。本发明的一个方面提供了一种具有喷射器的燃料电池系统，其通过喷射器使燃料气体稳定地供应到电池堆，有效去除从喷射器排出的冷凝水，并且稳定地维持供应到电池堆的燃料气体的湿度。

[0010] 根据本发明的示例性实施例，一种具有喷射器的燃料电池系统包括用于通过使用供应到其中的空气和燃料气体发电的电池堆。燃料气体循环管线从电池堆的出口到电池堆的入口循环燃料气体。喷射器被安装到燃料气体循环管线用于供应新鲜燃料气体和循环燃料气体。喷射器包括具有连接到燃料气体循环管线的一侧的真空吸管。燃料气体喷嘴被安装到真空吸管用于喷射燃料气体以形成真空。燃料气体从燃料气体喷嘴喷射通过内壳。外壳布置在内壳的外部，以与内壳构成冷凝水空间。内壳将水从内壳的内部排出到冷凝水空间。

[0011] 内壳可以具有形成在其中用于将冷凝水排出到冷凝水空间的至少一个排水孔。

[0012] 燃料电池系统可以进一步包括冷凝水蓄水器，其被安装到燃料气体循环管线用于收集从冷凝水空间排出的冷凝水。

[0013] 燃料电池系统可以进一步包括在冷凝水空间和冷凝水蓄水器之间连接的冷凝水排水管。

[0014] 至少一个排水孔可以形成在内壳的内径变大的区域的端部。

[0015] 至少一个排水孔可以具有沿内壳的周围延伸的狭缝形状。

[0016] 通过燃料气体喷嘴喷出的燃料气体可以包括氢气。

[0017] 内壳可以是允许水穿过的多孔部件。

[0018] 内壳可以是允许水穿过的多孔膜或离子交换树脂。

[0019] 燃料气体循环管线的至少一部分可以包括形成于其中的流动通道，用于使循环气体燃料通过，流动通道包括通水内管，用于使水从内部流到外部；以及外管，形成为围绕通水内管的外部以在通水内管和外管之间形成空间，其中外管连接到冷凝水蓄水器。

[0020] 通水内管的至少一部分可以由多孔部件或离子交换树脂的构成。

[0021] 至少一个排水孔可以在与冷凝水空间的端部相匹配的位置上形成。

[0022] 本发明的燃料电池具有以下优点。可以有效地防止电池堆的水的过量供应，并且可以显著减少由供应到电池堆的水造成的输出劣化的问题。进一步地，由在电池堆中的水阻塞的通道的减少降低了电池堆的前端/后端之间的压差，从而增加了燃料气体循环效率，并且燃料气体的积极加湿也增加了加湿效率。

附图说明

[0023] 图1示出根据本发明的示例性实施例的燃料电池系统的示意图。

[0024] 图2示出根据本发明的另一个示例性实施例的燃料电池系统的示意图。

[0025] 图3示出根据本发明的另一个示例性实施例的燃料电池系统的示意图。

具体实施方式

[0026] 本发明的示例性实施例将在下文中详细地参考附图来描述。

[0027] 图1示出根据本发明的示例性实施例的燃料电池系统的示意图。参考图1，燃料电池系统包括电池堆100、燃料气体循环管线110、冷凝水蓄水器120，以及喷射器190。喷射器190包括真空吸入管130、燃料气体喷嘴140、内壳150、外壳160，以及冷凝水排水管195。

[0028] 燃料气体通过布置在燃料气体循环管线110上的冷凝水蓄水器120、真空吸入管130和内壳150，以及喷射器190的出口180循环到电池堆100，并且电池堆100通过使用被供应到其中的燃料气体和空气(无附图标记给出)来产生电能。在本发明的示例性实施例中，因为其是已知的，电池堆100产生电力的物理化学原理的详细描述被省略。

[0029] 燃料气体喷嘴140被布置在真空吸入管130中用于以较快的速度喷射燃料气体如氢气至内壳150的中心部，以在真空吸入管130中形成真空。由此形成的真空从电池堆100的出口吸取循环燃料气体，并且将气体燃料循环到电池堆100的入口。

[0030] 内壳150被布置在外壳160中，内壳150的外周与外壳160的内周构成冷凝水空间155。内壳150具有形成于其中的狭缝170，其作为连接到冷凝水空间155的排水孔。狭缝170从内壳150的内侧到外侧形成以便用于将形成于内壳150的水排放到冷凝水空间155。

[0031] 布置在燃料气体循环管线110上的冷凝水蓄水器120具有连接到真空吸入管130的上侧的一侧，以及通过冷凝水排出管195连接到外壳160的上侧的另一侧。因此，收集到冷凝水空间155中的冷凝水通过冷凝水排出管195排放到冷凝水蓄水器120中。

[0032] 在燃料气体循环管线110中循环的燃料气体具有当燃料气体通过冷凝水蓄水器120时适当调节的湿度，并且在喷射器190的后端形成的水通过狭缝170、冷凝水空间155，以及冷凝水排水管195收集到冷凝水蓄水器120。根据这一点，有效地阻止了电池堆100的水的过量供应。

[0033] 如图所示，狭缝170可以在内壳150中、在内壳150和外壳160之间形成的冷凝水空间155结束于在内径逐渐变大的内壳的端部的点形成。

[0034] 图2示出根据本发明的另一个示例性实施例的燃料电池系统的示意图。将参考图2对本发明的另一个示例性实施例进行说明，图2集中在与图1描述的本发明的前述示例性实施例不同的部件，同时省略相似部件的相同描述。

[0035] 参考图2，内壳150没有形成在其中的狭缝，并且相反，内壳150可以由选自多孔部件、多孔膜和离子交换树脂中的至少一种形成。多孔部件或多孔膜的内壳150防止了形成于其中的压力泄漏到内壳150的外部，同时只将水排出到内壳150的外部。同时，多孔部件或多孔膜的内壳150还用于从水中过滤掉杂质。

[0036] 离子交换树脂的内壳150也可以防止内壳150内的压力消散到内壳150的外部，同时排出冷凝水，并且收集包含在水中的离子。内壳150具有这样一种结构，其中从燃料气体喷嘴140喷射的氢(燃料气体)和循环的燃料气体以螺旋漩涡旋转，并且具有大质量的水沿内壳150的内周移动，使得水通过多孔部件、多孔膜或离子交换树脂消散。

[0037] 在本发明的示例性实施例中，虽然说明了冷凝水蓄水器120被设置在燃料气体循环管线110上，但冷凝水蓄水器120可以与燃料气体循环管线110分开提供。

[0038] 图3示出根据本发明的另一个示例性实施例的燃料电池系统的示意图。参考图3对本发明的另一个示例性实施例进行说明，其集中在与图1和图2描述的本发明的前述示例性实施例不同的部件，同时省略相似部件的相同描述。

[0039] 参考图3，在燃料气体循环的燃料气体循环管线110中，通水内管310布置在外管300中，以在外管300和通水内管310之间形成空间320。随着循环燃料气体循环通过通水内管310，水流过通水内管310被收集到空间320，并且收集到空间320中的水因此可以被排放到冷凝水蓄水器120中。

[0040] 最终，可以有效地防止电池堆100的水的过量供应，并且可以显著减少由电池堆100的水的供应造成的输出劣化的问题。

[0041] 虽然本发明已经结合目前认为是实用的示例性实施例进行了描述，应当理解，本发明的技术方面不限于在本说明书中提出的示例性实施例。虽然理解本发明的技术方面的本领域技术人员可以通过与本发明相同的技术方面范围内的构成要素的修改、改变、删除和添加提出另一示例性实施例，但其也可以在本发明的权利范围内。