用於燃料電池車輛的集成氫氣再循環風機的製作方法

2023-05-11 02:44:46

專利名稱：用於燃料電池車輛的集成氫氣再循環風機的製作方法
用於燃料電池糊的te^氣蹄環艦
相關申請的交叉引證
本申請依據35 U.S.C§ 119(a)要求申請日為2007年12月12日的韓國專利申請第10^2007-0129202號的優先權，其全部內容鄉匕引入以供參考。
駄領域
本申請涉及一種用於燃料電池車輛的氫氣幫盾環風機，其中集成有噴射器。
背景技術：
用於燃料電池車輛的燃料電池作為動力源通過使空氣中的氧與作為燃料的氫反應來產生電力。
燃料電池包括隔板、陽極、電解質膜、陰極、氫，空，^4躋鵬環系統、陽極流場和陰極流場。
為啟動燃料電池，將作為燃料的氫氣從^M罐經由氫氣供應電磁閥和管道提供給陽極流場。
為提高燃料效率，對燃料電池中剩餘未反應的氫氣進行幫盾環。具體地，當氫氣^t盾環系統&^氣閥(purgevalve)關閉的狀態下工作時，燃料電池中未反應的氫氣經由氫氣幫盾環系統和氫氣幫盾環切斷閥(shut-offvalve) 、 &^管道
移動，並iaA陽^及 荒場。
如圖1和圖2所示，用於燃料電池的常規氫氣再循環系統使用噴射器(ejector) 101艦機(blower) 102。
對於僅有噴射器的系統，儘管其功耗和造價低，但它的缺點在於，如果燃料電池組(foel cell stack)中使用的氫燃料數量減少，其性能會劣化。也就是說，它不能確保^ffi在較寬工作範圍內的性能。
相反，對於僅有風機的系統，儘管它可以在車輛較寬的工作範圍內提供所需性能，但它的功耗和造價均高於僅有噴射器的系統。
背景技術：
部分公開的信息僅僅為了加強對本發明背景的理解，不應該作為該信息形成了本領,術人員已經知曉的在先技術的確認或倒可形式的暗示。

發明內容
本發明致力於解決現有技術中的戰問題。本發明涉及一種用於燃料電池
，的集,氣再循環風機，其中將噴射器合併入風機機殼(blower housing)內。採用這種結構，集成氫氣幫盾環風機可以取決於車輛需求的輸出功率以可調節的方式工作。具體地，當需要高功率時，風機和噴射器二者者阿以工作，而當需要低功率時，僅有風I1X作，從而降低風機的功耗。
一方面，本發明掛共一種用於燃料電池車輛的集成氫氣幫盾環風機，該集成氫氣^t盾環i^幾包括Mm機殼，其包括形成於其頂部表面上的入口和出口；可轉動地安裝於風機機殼內部的葉輪(impeller);與P十輪後i驢接以轉動該葉輪的電機；和集M戶皿Mm機^i:表面上形成的噴射器。
在優選的實施方式中，上述入口可以包括多個入口。,地，其包括第一入口和第二入口，新的氫氣通ilJl述第一入口從儲氫罐引入，再循環氫氣通過上述第二入口從燃料電池組出口弓l入。誠地，上述第一和第二入口可以彼此平行。
在另一個 實施方式中，風機機殼可以包括上機殼(upperhousing)和下機殼(lowerhousing),其中第一入口和第二入口和出口形成於上機殼的上表面。,地，第一入口和第二入口和出口可以彼此平fi^也形成。
在再另一個實施方式中，上機殼可以包括沿著上機殼內緣的圓周方向形成的基本為半圓的槽。該*曹的一端 與第二入口、流體 ，並且該槽的另一端雌與出口流體魏。通過第二入口弓l入的再循環氫氣可以沿著半圓槽移動，並最終ffl31出口排出。
在再另一個實施方式中，噴射器可以包括大直徑部分和小直徑部分，上述大直徑部分從風機機殼的上表面向上延伸，上述小直徑部分的直徑相對較小，並從，大直徑部分的一端延伸。大直徑部分可以設置有第一連接通道和第二連接通道，戰第一連接通道從其中心處的底部延伸，並與第一入口M，並且第二連接通道在第一連接通道的外部上形成，並與第二入口連通。小直徑部分可以包括在其內部形成的噴射器出口，該噴射器出口與大直徑部^端的第一連接通道和第二連接通道相連，並且第一連接鵬與第二連接通道在大直徑部分的一端會聚在一起。適當地，在連接第二入口和第二連接通道的連接管道
中設置有止回閥(checkvalve)。
在低輸出功率下，止回閥關閉所述第二入口和第二連接通道，以防止再循環氫氣被引噴射器，使f驕循環氫氣通過第二入口引入，沿著半圓槽移動，並
通過出口排出，並且新的氫氣M:第一入口引入，並通過第一連接通道和噴射
器出口排出。
另一方面，在高輸出功率下，止回閥連接第二入口和第1接通道，使得再循環氫氣通過第二連接鵬和噴射器出口排出，同時，M第二入口引入，沿著半圓槽移動，並通過出口排出，並l新的氫氣il31第一入口引入，並通過第一連t妾^l道和噴射器出口排出。
本文所用的術語"糊(vehicle)"、"車用"或其它對姊語働軍成包繊常的機動，，例如載客車輛，包 SE動型多功能車(SUV)、公共汽車、卡車、各種商用 ，包括各種船隻和船舶的7jCigX具，航空器和類似物。
所附附圖結合在本說明書中並形成其一部分，並與以下具體描述一起，更詳細地說明了本發明的以上特徵和優勢，其用於通過實施例的方式解釋本發明
的原理，這^m正和優勢由此將是顯而易見的。


現在參考附圖中圖示的某些示範性實J但方式對本發明的J^和其它特fBi
行詳細說明，以下附圖僅僅作為圖^^合出，因此不^X寸本發明的限制，其中
圖1是表示常規噴射器MS氣幫盾環系統的示意圖2是表示常規風機型氫氣幫盾環系統的示意圖3是說明根據本發明 實施方式的集^^氣幫盾環系統的示意圖4是說明根據本發明 實施方式的 氫氣幫盾環風機的外部結構的透視圖5是表示圖4的^^S氣St盾環風機的內部結構的^i率透視圖6是転圖4的集戱氣幫盾環KI幾的內部結構的另一分解透視圖7是圖4的集自氣##環風機的平面圖8是 圖5中的葉輪和上機殼內部的分解圖9是，在高輸出功率下，再循環氫氣在圖5中的上機殼中流動的工作狀態的示意圖10是顯示^t盾環速報據糊輸出功率而變化的圖；和圖11題示根據糊輸出功率而斷氐功率的效果的示意圖。圖中列出的附圖標記包括以下將進一對寸論的元件
應當理解到，所附的附圖並非必然是按比例的，其說明了本發明基本原理的各種f^i特徵的一定禾號上簡化的代表。本文公開的本發明的具體設計特徵，包括，例如，具體大小、方向、位置和照犬將部分取決於具體的既定用途和使用環境。
現在詳細參考本發明的雌實施方式，下文的附圖中對其實施例進行說明，其中通篇以類似的附圖標記代表類似的元件。下面對實施方式進行說明，以通過參考附圖來說明本發明。
圖3是說明根據本發明雌實施方式的集戱氣幫盾環系統的示意圖，圖4
是說明集戱氣幫盾環j^幾的外部結構的透視圖，圖5是表示圖4的集戱氣幫盾環Mm的內部結構的分解透視圖，圖6是表示圖4的集戱氣#|盾環]^幾的內部結構的另一分解透視圖，圖7是圖4的集自氣^t盾環風機的平面圖，且圖8是表示圖5中的葉輪和上機殼內部的分解圖。
本發明目的在於將噴射器12與艦機殼14集成，以禾擁風機和噴射器12的優點，從而確保很寬工作範圍內盼性能並斷氐功耗。
根據本發明雌實施方式的集戱氣再循環風機包括具有風I1A口和出
10:媳罐
12:噴射器
14:風機機殼
14b:下機殼
16:電機
18:第二入口
20:氫氣連接鵬
22:半圓槽
24:連接魏
11:燃料電池13:噴射器出口14a:上機殼15:葉輪17:第一入口19:出口
21:幫盾環氫氣連魏道23:半圓片
25， 26:止回閥口的風機機殼14、與風機機殼14集成的噴射器12、設置在Mm機殼14內部的 葉輪15和電機16。
iM地，風機機殼14的總體制犬是圓柱形。風機機殼14包括上機殼14a 和下機殼14b。上機殼14a的夕卜表面上設置有第一入口 17、第二入口18、出口 19和噴射器出口13。新的氫氣和/或Wt盾環氫^Mil入口 17和/或18引入，並 通過出口 19和/或噴射器出口 13排出。流體的流動方向呈"U"形，其中流體 在一個方向上引入，並在另一個方向上排出。
新鮮氫氣通過第一入口 17從{穩罐io掛共。氫氣iia第二入口 18 /AM料
電池組出口加以再循環。
噴射器12包括大直徑部分和小直徑部分。大直徑部分的內部設置有從中心 底部延伸到出口方向、連接到第一入口 17的氫氣連接通道20，使得新的氫氣通 過氫氣連接通道20引入。另外，氫氣連接通道20的夕卜部設置有幫盾環氫氣連 ffffi道21，以與第二入口18連接，，二入口與氫氣連1魏道20相分離，使 得再循環氫氣M幫盾環連^魏道21引入。
小直徑部分的直徑相對較小，並從大直徑部分的一端延伸，使得大直徑部 分的氫氣連接通道20與幫盾環氫氣連接通道21的一端彼lt傻接。因此，新的 氫氣和幫盾環氫氣可以加以混合，並M噴射器出口13排出。
葉輪15具有圓盤(circularplate)開娥，並設置成面向上機殼14a的內側。 沿著圓盤的邊緣形成有第一半圓槽，在第一半圓槽中沿著圓周方向以規則的間 隔形成有多個半圓片23。
沿著上機殼14a內緣上的圓周方向設置有第二半圓槽22，使得其一端與第 二入口18連接，另一端與出口19連接。
葉輪15的第一半圓槽和上機殼14a內部形成的第二半圓槽22彼此面對， 以便於流體的流動，具體地， ￡葉輪15的半圓片23的轉動來^S幫盾環氫 氣的流動。
電機16與葉輪15的後J驗接，從而M:電機16的工作使葉輪15轉動。 而且，電機16的$^力速度和工作艦來自控制器的控制信號加以控制。 下面將描述具有J^構成的集成氫氣幫盾環風機的工作狀態。 圖9是表示在高輸出功率下，再循環氫氣在圖5中的上機殼中流動的工作 狀態的示意圖。200810175695. 1
首先，控制器從群兩速度傳感器和踏板(pedal)傳感器接收信號，雜制
集成氫氣幫盾環Mm的工作，以便根據 輸出功率來調節掛共給燃料電池ii 的氫氣量。
在低輸出功率下，控制器操縱風機，該風機可以在很寬的工作區域內提供
所需性能。具體地，風機的電機16進行工作，以使葉輪15轉動，使得新的氫 氣M第一入口 17弓|入，並艦噴射器12的氫氣連接鵬20排出至噴射器出
口 13，並且，再循環氫氣M:第二入口 is引入，並5M:上機殼i4a內部形成的
半圓槽22排出至Kt幾齣口19。
在該情況下，噴射器12的幫盾環氫氣連接通道21被設置在連接第二入口 18和Wf盾環氫氣連接通道21的連接管道24中的止回閥關閉，從而防止再循環 氫氣被引入噴射器12。
在低輸出功率下，需要供應給燃料電池11的氫氣量小於高輸出功率。因此， 在低輸出功率下，可以防止再循環氫氣弓l入噴射器，再循環氫氣可以通過風機 的工作而補充。
同時，在高輸出功率下，再循環氫氣通過Mt幾和噴射器12 二者引入。具體 地，風機的電機16進行工作，以使葉輪15轉動，使得新的氫氣M第一入口 17引入，並M噴射器12的氫氣連接通道20排出至噴射器出口13，並且，再 循環氫氣M第二入口 18引入，並ilii噴射器12的幫盾環氫氣連接通道21排 出至噴身t器出口 13。
而且，幫盾環氫氣M31i^幾的工作力Am二入口 18引入，並MJi機殼14a 內部形成的半圓槽22排出至風機出口 19。
在該情況下，與僅l頓風機的常規氫氣幫盾環系統相比，可以降低風機的 ，並通過噴射器12的操作在高輸出功率下補充幫盾環氫氣。
在集戱氣^t盾環MI幾中，噴射器12會詢多以雙模式工作，從而會,斷氐總 體功耗。
圖10是顯示幫盾環速斜艮據車輛輸出功率而變化的圖，圖11題示根據 輔輸出功率而斷氐功率的 媒的示意圖。
可以確定，如果^在如圖ll所示的52kW輸出功率下被驅動，則風機的 功耗可以斷氐至50%。
綜上戶，，根據本發明的用於燃料電池車輛的集成氫氣幫盾環風機，噴射
9器與i^幾機殼集成，以禾擁鄉能夠在寬泛的工作區域內保持所需性能的優點， 以及噴射器功耗低的優點，使得在低輸出下僅有風豐紅作，在高輸出下風機和 噴射器同時工作，從而降低功耗。
本發明參考其 實施方式進行了詳細說明。然而，本領域技術人員倉辦 理解，可以在不偏離本發明的原理和精神盼膚況下對這些實施方式進行改變， 本發明的範圍由所附的權利要求及其等價物限定。
權利要求
1、一種用於燃料電池車輛的集成氫氣再循環風機，所述集成氫氣再循環風機包括風機機殼，其包括形成於其頂部表面上的入口和出口；可轉動地安裝於所述風機機殼內部的葉輪；與所述葉輪後端連接以轉動所述葉輪的電機；和集成在所述風機機殼上表面的噴射器。
2、 如權利要求i戶;M的集^ft氣再循環i^幾，其中戶;im口包括第一入口 和第二入口，新的氫氣通過所述第一入口從儲氫罐引入，再循環氫氣通過戶;M 第二入口/規料電》魅且出口弓(入。
3、 如權利要求1戶，的集成氫氣^t盾環贈幾，其中0M第一和第二入口彼此平行。
4、 如權利要求2所述的集成氫氣^t盾環風機，其中所述Kt幾機殼包括上機殼和下禾幾殼，其中所述第一入口和第二入口和所述出口形成於所述上機殼的上表面。
5、 如權利要求4所述的集成氫氣幫盾環風機，其中所述第一入口和第二入口和戶，出口彼此平fi^也形成。
6、 如權利要求5戶腿的集成氫氣再循環j^幾，其中戶mi:機殼包括沿著所^:機殼內緣的圓周方向形成的基本為半圓的槽，所述槽的一端與所述第二入口流體M，同時所述槽的另一端與戶，出口流體 ，從而使通過所述第二入口弓l入的稱盾環氫氣沿著半圓槽移動，並最終Mil戶脫出口排出。
7、 如權利要求6戶腿的集戱氣幫盾環MI幾，其中戶服噴射器包括大直徑部分和小直徑部分，所述大直徑部分,A^腿風機機殼的上表面向上延伸，所述小直徑部分的直徑相對較小，並,a^;m大直徑部分的一端延伸，其中所述大直徑部分設置有第一連^i道和第二連接通道，戶，第一連接 通道從其中心處的底部延伸，並與戶皿第一入口M，所述第二連接通道在所 述第一連接鵬的外部上形成，並與臓第二入口魏，其中所述小直徑部^^括在其內部形成的噴射器出口 ，所述噴射器出口與 所述大直徑部h端的所述第一連接通道和第二連 魏道相連，戶脫第一連接通道與第igffi道在戶;^大直徑部分的一端會聚在一起，並且其中在連 妾所述第二入口和第二連接通道的連接，中i體有止回閥。
8、 如權利要求7所述的集成氫氣幫盾環i^幾，其中在低輸出功率下，戶;M 止回閥關閉所述第二入口和第二連接通道，以防止幫盾環氫氣被弓i入所述噴射 器，使得所述再循環氫氣通過戶;M第二入口引入，^戶，半圓槽移動，並通 過所述出口抖^出，並且新的氫氣M:戶;M第一入口引入，並fflii戶，第一連接 通道和戶脫噴射器出口排出。
9、 如權利要求7戶，的集成氫氣再循環Mm，其中在高輸出功率下，戶， 止回閥連接所述第二入口和第二連接通道，使得再循環氫氣 戶腿第二連接 通道和戶脫噴射器出口排出，同時，通過所述第二入口引入，沿著所述半圓槽 移動，並M所述出口排出，並且新的氫氣通過戶艦第一入口引入，並ffla所 述第一連接通道和戶/M噴射器出口排出。
全文摘要
一種用於燃料電池車輛的集成氫氣再循環風機，其包括與風機機殼集成的噴射器。用於燃料電池車輛的集成氫氣再循環風機包括風機機殼，其包括形成於其頂部表面上的入口和出口；可轉動地安裝於風機機殼內部的葉輪；與葉輪後端連接以轉動該葉輪的電機；和集成在風機機殼上表面上形成的噴射器。
文檔編號F04D29/40GK101457768SQ20081017569
公開日2009年6月17日 申請日期2008年10月10日 優先權日2007年12月12日
發明者姜信滎, 樸文洙, 金永勳 申請人:現代自動車株式會社;財團法人Seoul大學校產學協力財團