[发明专利]无源再循环设备

说明书

本公开提供了一种再循环设备，该再循环设备包括本体，该本体包括被配置成接收排气的至少一个第一通道、被配置成接收燃料的至少一个第二通道、被配置成接收排气和燃料的混合物的至少一个第三通道、和从第二通道延伸到第三通道的纵向轴线。该设备还可以包括喷嘴，该喷嘴包括内腔，用于将燃料朝向孔引导，该孔位于内腔的最小横截面积处；和活塞，该活塞可滑动地位于本体内，包括被配置成接收燃料的第一端和被配置成向喷嘴腔供以燃料的第二端，由此，活塞可以由排气沿着本体的纵向轴线致动，从而控制通过孔的燃料流量。位于本体内的混合室可以被配置成接收排气并且被配置成从孔中接收燃料。

说明

本申请要求于2012年8月8日提交的美国临时申请第61/680,845号的优先权，其通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及一种再循环设备，用于无源地控制流体流动。在一些实施例中，本文所描述的再循环设备可以用来控制供应到燃料电池的再循环回路的燃料的数量。

背景技术

诸如阀门或者喷射器之类的各种设备用来控制液体和气体形式的流体流动。这种设备经常结合到机械组件中，以便控制组件内的流体的流动或出入组件的流体的流动。为了增加或减少这种流体流动，阀门或喷射器可以具有集成的电动、气动或机械控制部件。虽然常用这些有源控制机构，但是由于精确控制流体流动的困难或定部件尺寸以确保在宽条件范围内的有效操作的困难，所以基于流体压力的无源控制还是不常见的。

燃料电池是用于发电的设备。通过与氧或其它氧化剂的化学反应将来自燃料的化学能转换成电。该化学反应通常产生电、热量和水。在操作中，燃料电池通常需要控制燃料、氧化剂、或冷却流体的流动。

燃料电池可以包括阳极隔室中的阳极、阴极隔室中的阴极、和允许电荷在阳极和阴极之间移动的电解质。通过电负载电路将电子从阳极拉向阴极，从而产生电。为了改变电输出，阀门、喷射器、或其它流动设备可以被配置成控制流体向一个或多个隔室流动。

在一些示例中，燃料流（flow of fuel）被供应到阳极隔室，并且含氧气体（例如，空气）流被供应到阴极隔室。在一部分燃料在阳极隔室中进行电化学反应的同时，燃料可以连续地流经阳极隔室，如下面的等式表示。

2H₂→4H⁺+4e^-

通过电负载电路将由阳极电化学反应所产生的电子从阳极拉向阴极，从而产生直流电。通过电解质将由反应所产生的带正电的离子从阳极拉向阴极。电解质可以被配置成在允许带正电的离子通过的同时，防止带负电的电子通过。

带正电的离子通过电解质后，该离子可以在阴极隔室中与已经通过电负载电路的电子组合。该组合可以形成从氧的还原中生成水的阴极电化学反应，如下面的等式表示。

O₂+4H⁺+4e^-→2H₂O

在阳极隔室中被氧化的燃料的量可以取决于电负载电路所需功率的量。因为一部分燃料从阳极隔室中排出，所以并非供应到阳极隔室的所有燃料均被氧化。

为了提高燃料电池的总效率，借助于循环回路，阳极隔室的出口能够流回到阳极隔室的入口。为了使燃料电池能够连续输出功率，必须将燃料引入到循环回路中以取代在阳极隔室中被氧化的燃料。燃料被引入到循环回路中的速率将取决于被施加到电气电路的负载；负载越大，需要的燃料更多。

被引入到循环回路中的燃料流可以由各种设备（包括阀门或喷射器）来控制。当燃料电池从最小功率输出上升到最大功率输出时，向再循环回路供应适量的燃料，并且反之亦然，可能需要多个不同尺寸的喷射器或能够节流流量的控制阀。多个具有不同尺寸喷嘴的喷射器、以及控制阀费用高昂并且会增加设备的复杂性。