[发明专利]用于燃料电池系统的喷射器

说明书

本发明提供一种用于向燃料电池系统中的电池堆供应例如氢的燃料的喷射器，其可以根据系统负载的增大或减小自动地移动喷嘴的位置。因此，可以通过选择在使用喷射器的燃料电池系统中的喷嘴喉部面积来控制氢的必要供应以及再循环流量，并且具体地说，能够经自动地控制以在低负载下通过小喷嘴供应氢以使再循环量增加。

技术领域

本发明涉及用于燃料电池系统的喷射器，更具体地，涉及用于向燃料电池系统中的电池堆供应燃料(例如氢)的喷射器。

背景技术

通常，燃料电池系统是一种将燃料的化学能转化为电能的发电系统。

这样的燃料电池系统包括燃料电池堆、用于向燃料电池堆供应燃料(例如氢)的燃料供应系统、用于向燃料电池堆供应空气中的氧(其是电化学反应所需的氧化剂)的空气供应系统、以及用于将燃料电池堆的反应热排出到系统外侧并且控制燃料电池堆的驱动温度的冷却系统。

如图5(相关技术)中所示，常规燃料电池系统中的燃料供应和再循环系统基本上包括与储氢罐100连接的氢供应管线110、燃料电池堆170的未反应氢再循环所经过的氢再循环管线120、安装在电池组入口130与氢再循环管线120交会的结点处以朝向燃料电池堆的阳极泵送新的氢和再循环的氢的喷射器140a和140b、安装在氢供应管线110上以测量氢和空气的压力的电池组入口压力传感器150、以及安装在氢供应管线110上的调节器160。

在此情况下，喷射器140a和140b通过喷嘴喷射从高压罐供应的经压缩的氢从而产生真空，使得燃料电池堆中的排气被吸收以使氢气再循环。

鼓风机可以用作上文所描述的燃料电池系统的再循环装置，但是作为基于电动机的致动器的鼓风机较为昂贵，并且例如轴承的部件可能由于再循环气体的冷凝物而容易腐蚀。另外，当旋转部件因冷凝物而被卡住时，可通过使用加热器来使旋转部件解冻，这会不令人期望地增加此类布置的复杂度。

用作上述问题的简单解决方案的喷射器通过使用高压调节器后端的约100巴的氢经喷嘴喷射射流，以产生同时供应和再循环燃料所需的动量。

然而，当喷嘴的直径增大时，射流速度减小，使得喷射器的吸收性能劣化。

出于此原因，尽管减小喷射器喷嘴的尺寸在性能上是有利的，但是仍需要增大喷嘴的喉部面积以便对于较大负载供应大量流体。

作为可能的解决方案，已经提出布置大喷射器140b和小喷射器140a的技术。

如图5中所示，当设置大喷射器时，喷射器必须根据负载量使用大喷嘴或小喷嘴，使得将大喷嘴用于大量负载而将小喷嘴用于少量负载。

喷射器的性能可以通过燃料供应和泵送根据再循环性能来进行分类。喷嘴的尺寸越大，在相同压力下可供应的燃料流量就越大。然而，当喷嘴较大时，泵送性能因对于少量流体的射流速度低而劣化。尽管小尺寸喷嘴具有较好的气动性能因为小尺寸喷嘴即使在低水平供应中也具有高流速，但是小尺寸喷嘴不能满足供应大量流体的需求。

考虑到以上，在韩国未审查专利公开第10-2012-0136708号中已经提出一种用于控制燃料电池系统的氢燃料供应的装置。

如图6(相关技术)中所示，用于控制燃料电池系统的氢燃料供应的装置包括安装在燃料电池堆入口处以向燃料电池堆供应氢并且形成再循环流的喷射器200、与氢供应管线连接以与喷射器200的喷嘴入口210连通从而控制氢供应的比例控制电磁阀220、以及根据燃料电池系统的输出控制比例控制电磁阀220的驱动的阀控制器(未示出)。

在此情况下，阀控制器在当前状态下的输出小于预设的参考输出的低输出区段中在脉冲流控制方案下控制比例控制电磁阀的驱动。

附图标记230是喷射器喷嘴，并且附图标记240和250分别表示喷射器出口和阀体。