用于稀释燃料电池排气系统中的氢气浓度的设备的制作方法 专利技术说明

电气元件制品的制造及其应用技术1.本公开总体上涉及一种用于稀释燃料电池排气系统中的氢气浓度的设备。背景技术：2.燃料电池可被利用以提供电能。燃料电池可包括阳极和阴极。可在阳极和阴极之间提供电解质以促进阳极和阴极之间的离子转移。阳极可提供有氢气流。阴极可提供有氧气流，例如，通过空气流。阳极和阴极可分别与氢气和氧气反应，通过电解质交换离子，并且生成电流，其可用于为系统（诸如，电动车辆）供电。技术实现要素：3.提供了一种用于稀释燃料电池排气系统中的氢气浓度的设备。该设备包括燃料电池排气管线，该燃料电池排气管线被构造成用于从连接的燃料电池接收气流并且包括氢气流。该设备还包括混合室，该混合室设置成接收氢气流并且被构造成用于将空气流与氢气流混合。混合室包括混合网，该混合网包括至少一个凸片特征，所述至少一个凸片特征被构造成用于更改氢气流和空气流中的一者的至少一部分的流动方向并且用于在混合室内产生湍流区域。4.在一些实施例中，混合网还包括形成为封闭的多边形形状的线框。所述至少一个凸片特征连接到线框。5.在一些实施例中，线框相对于混合室的纵向轴线以垂直取向设置。混合网包括多个凸片特征。所述多个凸片特征中的至少一个远离线框的垂直取向成角度。6.在一些实施例中，混合室包括圆柱形壁。7.在一些实施例中，混合室包括锥形部分。8.在一些实施例中，混合室包括膨胀部分。9.在一些实施例中，混合室包括：第一端，其被构造成用于从燃料电池排气管线接收氢气流；以及锥形部分，其连接到第一端并且包括混合网。混合室还包括：圆柱形中心部分，其连接到锥形部分；以及膨胀部分，其连接到圆柱形中心部分。10.根据一个替代性实施例，提供了一种燃料电池系统，其包括混合室，该混合室被构造成用于稀释燃料电池排气流中的氢气浓度。该燃料电池系统包括：燃料电池，其包括阳极和阴极；燃料电池排气管线，其被构造成用于从燃料电池接收气流并且包括氢气流；以及混合室，其设置成接收氢气流。混合室被构造成用于将空气流与氢气流混合。混合室包括混合网，该混合网包括至少一个凸片特征，所述至少一个凸片特征被构造成用于更改氢气流和空气流中的一者的至少一部分的流动方向并且用于在混合室内产生湍流区域。11.在一些实施例中，混合网还包括形成为封闭的多边形形状的线框。所述至少一个凸片特征连接到线框。12.在一些实施例中，线框相对于混合室的纵向轴线以垂直取向设置，并且混合网包括多个凸片特征。所述多个凸片特征中的至少一个远离线框的垂直取向成角度。13.在一些实施例中，混合室包括圆柱形壁。14.在一些实施例中，混合室包括锥形部分。15.在一些实施例中，混合室包括膨胀部分。16.在一些实施例中，混合室包括第一端，该第一端被构造成用于从燃料电池排气管线接收氢气流。混合室还包括：锥形部分，其连接到第一端并且包括混合网；圆柱形中心部分，其连接到锥形部分；以及膨胀部分，其连接到圆柱形中心部分。17.根据一个替代性实施例，提供了一种车辆，其包括燃料电池系统，该燃料电池系统包括混合室，该混合室被构造成用于稀释燃料电池排气流中的氢气浓度。该车辆包括：燃料电池，其包括阳极和阴极；燃料电池排气管线，其被构造成用于从燃料电池接收气流并且包括氢气流；以及混合室，其设置成接收氢气流。混合室被构造成用于将空气流与氢气流混合。混合室包括混合网，该混合网包括至少一个凸片特征，所述至少一个凸片特征被构造成用于更改氢气流和空气流中的一者的至少一部分的流动方向并且用于在混合室内产生湍流区域。18.在一些实施例中，混合网还包括形成为封闭的多边形形状的线框。所述至少一个凸片特征连接到线框。19.在一些实施例中，线框相对于混合室的纵向轴线以垂直取向设置，并且混合网包括多个凸片特征。所述多个凸片特征中的至少一个远离线框的垂直取向成角度。20.在一些实施例中，混合室包括锥形部分。21.在一些实施例中，混合室包括膨胀部分。22.在一些实施例中，混合室包括：第一端，其被构造成用于从燃料电池排气管线接收氢气流；锥形部分，其连接到第一端并且包括混合网；圆柱形中心部分，其连接到锥形部分；以及膨胀部分，其连接到圆柱形中心部分。23.1. 一种用于稀释燃料电池排气系统中的氢气浓度的设备，所述设备包括：燃料电池排气管线，其被构造成用于从连接的燃料电池接收气流并且包括氢气流；以及混合室，其设置成接收所述氢气流并且被构造成用于将空气流与所述氢气流混合，其中，所述混合室包括混合网，所述混合网包括至少一个凸片特征，所述至少一个凸片特征被构造成用于更改所述氢气流的流动方向并且用于在所述混合室内产生湍流区域。24.2. 根据方案1所述的设备，其中，所述混合网还包括形成为封闭的多边形形状的线框；并且其中，所述至少一个凸片特征连接到所述线框。25.3. 根据方案2所述的设备，其中，所述线框相对于所述混合室的纵向轴线以垂直取向设置；其中，所述混合网包括多个凸片特征；并且其中，所述多个凸片特征中的至少一个远离所述线框的所述垂直取向成角度。26.4. 根据方案1所述的设备，其中，所述混合室包括圆柱形壁。27.5. 根据方案1所述的设备，其中，所述混合室包括锥形部分。28.6. 根据方案1所述的设备，其中，所述混合室包括膨胀部分。29.7. 根据方案1所述的设备，其中，所述混合室包括：第一端，其被构造成用于从所述燃料电池排气管线接收所述氢气流；锥形部分，其连接到所述第一端并且包括所述混合网；圆柱形中心部分，其连接到所述锥形部分；以及膨胀部分，其连接到所述圆柱形中心部分。30.8. 一种燃料电池系统，其包括混合室，所述混合室被构造成用于稀释燃料电池排气流中的氢气浓度，所述燃料电池系统包括：燃料电池，其包括阳极和阴极；燃料电池排气管线，其被构造成用于从所述燃料电池接收气流并且包括氢气流；以及混合室，其设置成接收所述氢气流并且被构造成用于将空气流与所述氢气流混合，其中，所述混合室包括混合网，所述混合网包括至少一个凸片特征，所述至少一个凸片特征被构造成用于更改所述氢气流的流动方向并且用于在所述混合室内产生湍流区域。31.9. 根据方案8所述的燃料电池系统，其中，所述混合网还包括形成为封闭的多边形形状的线框；并且其中，所述至少一个凸片特征连接到所述线框。32.10. 根据方案9所述的燃料电池系统，其中，所述线框相对于所述混合室的纵向轴线以垂直取向设置；其中，所述混合网包括多个凸片特征；并且其中，所述多个凸片特征中的至少一个远离所述线框的所述垂直取向成角度。33.11. 根据方案8所述的燃料电池系统，其中，所述混合室包括圆柱形壁。34.12. 根据方案8所述的燃料电池系统，其中，所述混合室包括锥形部分。35.13. 根据方案8所述的燃料电池系统，其中，所述混合室包括膨胀部分。36.14. 根据方案8所述的燃料电池系统，其中，所述混合室包括：第一端，其被构造成用于从所述燃料电池排气管线接收所述氢气流；锥形部分，其连接到所述第一端并且包括所述混合网；圆柱形中心部分，其连接到所述锥形部分；以及膨胀部分，其连接到所述圆柱形中心部分。37.15. 一种车辆，其包括燃料电池系统，所述燃料电池系统包括混合室，所述混合室被构造成用于稀释燃料电池排气流中的氢气浓度，所述车辆包括：燃料电池，其包括阳极和阴极；燃料电池排气管线，其被构造成用于从所述燃料电池接收气流并且包括氢气流；以及混合室，其设置成接收所述氢气流并且被构造成用于将空气流与所述氢气流混合，其中，所述混合室包括混合网，所述混合网包括至少一个凸片特征，所述至少一个凸片特征被构造成用于更改所述氢气流的流动方向并且用于在所述混合室内产生湍流区域。38.16. 根据方案15所述的车辆，其中，所述混合网还包括形成为封闭的多边形形状的线框；并且其中，所述至少一个凸片特征连接到所述线框。39.17. 根据方案16所述的车辆，其中，所述线框相对于所述混合室的纵向轴线以垂直取向设置；其中，所述混合网包括多个凸片特征；并且其中，所述多个凸片特征中的至少一个远离所述线框的所述垂直取向成角度。40.18. 根据方案15所述的车辆，其中，所述混合室包括锥形部分。41.19. 根据方案15所述的车辆，其中，所述混合室包括膨胀部分。42.20. 根据方案15所述的车辆，其中，所述混合室包括：第一端，其被构造成用于从所述燃料电池排气管线接收所述氢气流；锥形部分，其连接到所述第一端并且包括所述混合网；圆柱形中心部分，其连接到所述锥形部分；以及膨胀部分，其连接到所述圆柱形中心部分。43.当结合附图理解时，本公开的以上特征和优点以及其他特征和优点容易从用于实施本公开的最佳模式的以下详细描述显而易见。附图说明44.图1示意性地图示了根据本公开的排气混合装置，该排气混合装置用于将排气流内的氢气流与空气流混合以便稀释氢气；图2以正面透视图示意性地图示了根据本公开的示例性混合网；图3以后透视图示意性地图示了根据本公开的图2的混合网；图4图示了根据本公开的示例性测试结果，这些测试结果图示了在没有混合网设置在图1的混合室内的情况下混合室内的气体混合；图5图示了根据本公开的示例性测试结果，这些测试结果图示了包括混合网的图1的混合室内的气体混合；图6是图示根据本公开的示例性测试结果的图表，这些测试结果图示了在没有混合网设置在图1的混合室内的情况下混合室中的氢气的摩尔分数；图7是图示根据本公开的示例性测试结果的图表，这些测试结果图示了在具有混合网设置在图1的混合室内的情况下混合室中的氢气的摩尔分数；以及图8示意性地图示了根据本公开的示例性车辆，该车辆包括燃料电池系统，该燃料电池系统包括配备有混合室的燃料电池排气管线。具体实施方式45.在一些条件下，燃料电池可能并没有使供应给阳极的氢气充分反应。结果，从燃料电池散发出的排气流的组成部分（component）可包括氢气。氢气是反应性的，并且在周围环境中浓度过高可能是不期望的。46.提供了一种用于稀释燃料电池排气系统中的氢气浓度的设备。周围空气可被吸入到排气流中，例如通过文丘里效应。该周围空气可被吸入到排气流中，以有效地稀释排气流中的氢气并因此避免氢气中的反应性。然而，排气管线中的氢气流和空气流可能在排气管线内保持有效地分离且混合效果不佳，以至无法将氢气稀释到无反应性状态。所提供的设备包括混合网，该混合网用于在排气流中产生湍流并促进排气流内的各组成气体的混合。47.在一些实施例中，具有未改进的排气管线的燃料电池系统的常见操作可能并不导致氢气浓度超过阈值。然而，苛刻的瞬态条件或常开燃料喷射器可能引起系统在典型范围之外操作。所包括的改进（包括设置在排气流内的混合网）使排气混合并避免高氢气浓度的尖峰或意外时段影响在排气流的输出中的氢气浓度，并导致在排气流的输出中氢气的较低摩尔分数。48.现在参考附图，其中，相似的附图标记贯穿若干视图指代相似的特征，图1示意性地图示了排气混合装置100，其用于将排气流内的氢气流130与被构造成用于稀释氢气的空气流140混合。排气混合装置100包括燃料电池排气管线110和混合室120。混合室120被图示为包括：第一端128，其限定混合室120的上游端；以及第二端129，其限定混合室120的下游端。混合室120可被描述为空心管，并且第一端128和第二端129中的每一个可被描述为空心管的开口端。混合室120利用可选的附接支架115附接到燃料电池排气管线110。燃料电池排气管线110被构造成用于从连接的燃料电池接收气流，该气流包括反应物和来自燃料电池反应的废产物。燃料电池排气管线110可包括氢气流130，该氢气流可以是燃料电池排气管线110内的排气流的全部，或者可以是燃料电池排气管线110内的排气流的组成部分。燃料电池排气管线110可包括圆柱形部分112和锥形喷嘴部分114。锥形喷嘴部分114可减小氢气流130的截面，并且与圆柱形部分112内的氢气流130相比可增加氢气流130的速度。氢气流130离开锥形喷嘴部分114并进入混合室120的第一端128。锥形喷嘴部分114并不覆盖第一端128的全部，使得在锥形喷嘴部分114和第一端128之间存在间隙。由于该间隙的存在，所以空气流140可通过进入第一端128的氢气流130的文丘里效应而从周围空气中被吸入到混合室120的第一端128中。49.氢气流130和空气流140同时流动通过混合室120。如果混合室120是直壁式圆柱体并且贯穿混合室120具有开放的、畅通的截面，则氢气流130和空气流140可轻微地混合，其中离开混合室120的第二端129的离开气流160的组成部分包括氢气流130的基本未混合部分。氢气流130的这种未混合部分可包括处于具有反应性的状态或浓度的氢气。50.混合网170设置在混合室120内。混合网170相对于混合室120的纵向轴线以垂直取向设置。混合网170可包括一个或多个凸片特征，所述一个或多个凸片特征被构造成用于更改氢气流130和空气流140中的一者的至少一部分的流动方向，使得在混合室120内在混合网170下游产生湍流区域150。由于湍流区域150的存在，所以离开气流160可包括被很好地混合的气流，包括用空气稀释的氢气。51.混合室120被图示为包括锥形部分122、相对狭窄的中心部分124和膨胀部分126。当混合室120内的气体流过锥形部分122和中心部分124并进入膨胀部分126中时，产生了附加的湍流，从而增强混合室120内的气体的混合。52.混合室120可包括替代性构型。例如，混合室120的壁可以是直的或圆柱形的。在另一个示例中，混合室120的壁可包括锥形喷嘴部分或膨胀部分，但不包括两者。在另一个示例中，混合室120的开口可与燃料电池排气管线110的出口一致或整体地形成，其中空气由一个或多个管引入，所述一个或多个管垂直于氢气流130突出穿过混合室120的壁。53.图2以正面透视图示意性地图示了示例性混合网170。混合网170包括线框172。示例性线框172包括封闭的多边形形状，并且包括被构造成用于与图1的混合室120的内表面接触的外特征175。在一个实施例中，特征175可焊接或以其他方式联结到图1的混合室120的内表面。混合网170还包括连接到线框172的多个凸片174。凸片174可与线框172形成在一个平面中。在图2的实施例中，凸片174相对于由线框172限定的平面而以一定角度弯曲或形成。当气体在混合网170的上游移动时，气体可沿图1的混合室120的纵向方向移动。当气体移动经过凸片174时，凸片174作用于气体并引起气体沿与图1的混合室120的纵向方向不同的方向移动。气体沿非纵向方向的这种移动导致移动穿过混合网170的气体发生湍流或混合。54.图3以后透视图示意性地图示了图2的混合网170。混合网170包括线框172和凸片174。55.图4图示了示例性测试结果，这些测试结果图示了在没有混合网设置在图1的混合室120内的情况下混合室内的气体混合。氢气流130被图示为在燃料电池排气管线110内。图示了氢气流130’，其表示氢气流130在它进入图1的混合室120后不久的氢气流。图示了氢气流130’’，其表示氢气流130在它通过图1的混合室120转变之后的氢气流。类似地，图示了空气流140’，其表示通过文丘里效应被吸入穿过图1的第一端128的空气，该文丘里效应由进入混合室120的氢气流130产生。所图示的测试结果表明，氢气流130’贯穿混合室在很大程度上保持不混合。当空气流140’穿过混合室120的膨胀部分时，它们成为适度混合的流140’’。56.图5图示了示例性测试结果，这些测试结果图示了在包括混合网170的图1的混合室120内的气体混合。氢气流130被图示为在燃料电池排气管线110内。图示了氢气流130’，其表示氢气流130在它进入图1的混合室120后不久的氢气流。类似地，图示了空气流140’，其表示通过文丘里效应被吸入穿过图1的第一端128的空气，该文丘里效应由进入混合室120的氢气流130产生。图1的混合网170被图示为在混合室120内。图示了湍流区域150，其中，氢气流130’和空气流140’（它们在混合网170的上游或左侧视觉上明显不同）在混合网170的下游或右侧迅速消散成难辨别的混合流。因此，离开气流160被很好地混合，并且先前浓缩的氢气被充分或基本上混合，且因此被空气稀释。57.图6是图示示例性测试结果的图表200，这些测试结果图示了在混合网170没有设置在图1的混合室120内的情况下混合室中的氢气的摩尔分数。图示了水平轴202，其描述了图1的混合室120的长度，其中，水平轴的左侧对应于混合室120的入口，并且其中，水平轴的右侧对应于混合室120的出口，在该出口处，排气流被排放到周围空气。图示了竖直轴204，其描述了在图1的混合室120中测得的氢气的摩尔分数。曲线210图示了在图1的混合室120内各点处对氢气采样的结果，其中，混合室120内不存在混合网。曲线210中的在图表200左侧的初始尖峰对应于在图1的混合室120的入口处的氢气存在量。曲线210中的在图表200右侧的稳定值对应于在图1的混合室120的出口处的氢气存在量。曲线210左侧的尖峰和曲线210右侧的稳定值之间的瞬态测量值表示在入口和出口之间在图1的混合室120内湍流的混合和不确定读数。人们可看到，图表200的曲线210左侧的摩尔分数值示出了氢气摩尔分数稳定在略低于0.07或7%氢气存在量在离开图1的混合室120的排气流中。58.图7是图示示例性测试结果的图表300，这些测试结果图示了在具有设置在图1的混合室120内的混合网170的情况下混合室中的氢气的摩尔分数。图示了水平轴302，其描述了图1的混合室120的长度，其中水平轴的左侧对应于混合室120的入口，并且其中，水平轴的右侧对应于混合室120的出口，在该出口处，排气流被排放到周围空气。图示了竖直轴304，其描述了在混合室中测得的氢气的摩尔分数。曲线310图示了在图1的混合室120内各点处对氢气采样的结果，其中，混合网170存在于混合室120内。曲线310中的在图表300左侧的初始尖峰对应于在图1的混合室120的入口处的氢气存在量。人们可看到，图表300上的初始摩尔分数值（对应于曲线310中的尖峰）类似于图表200上的初始摩尔分数值（对应于曲线210中的尖峰）。进入图1的混合室120的排气流在图表200中所图示的测试和图表300中所图示的测试两者中都包括类似的氢气摩尔分数。曲线310中的在图表300右侧的稳定值对应于在图1的混合室120的出口处的氢气存在量。曲线310右侧的稳定值为大约0.06或6%氢气存在量在离开图1的混合室120的排气流中。比较图6的曲线210和图7的曲线310的稳定值，人们可看到，由于混合网170的存在实现的图1的混合室120内的改进的混合使得更多的空气能够与排气流混合，由此实现离开混合室120的排气流中的更低的氢气存在量。59.图8示意性地图示了示例性车辆400，该车辆包括燃料电池系统420、排气管线110和混合室120。氢气储罐410将氢气流提供给燃料电池系统420，该燃料电池系统利用氢气流来产生电能以供车辆400使用。燃料电池系统420生成包括该流的一部分（包括氢气）的排气流。混合室120如本文中所公开的那样操作，以在排气流离开车辆400时降低排气流中的氢气浓度。60.尽管已详细描述了用于实施本公开的最佳模式，但是熟悉本公开所涉及领域的技术人员将认识到在所附权利要求的范围内的用于实践本公开的各种替代性设计和实施例。









图片声明：本站部分配图来自人工智能系统AI生成,觅知网授权图片,PxHere摄影无版权图库。本站只作为美观性配图使用,无任何非法侵犯第三方意图,一切解释权归图片著作权方,本站不承担任何责任。如有恶意碰瓷者,必当奉陪到底严惩不贷!




内容声明：本文中引用的各种信息及资料（包括但不限于文字、数据、图表及超链接等）均来源于该信息及资料的相关主体（包括但不限于公司、媒体、协会等机构）的官方网站或公开发表的信息。部分内容参考包括:(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供参考使用,不准确地方联系删除处理！本站为非盈利性质站点,发布内容不收取任何费用也不接任何广告!




免责声明：我们致力于保护作者版权，注重分享，被刊用文章因无法核实真实出处，未能及时与作者取得联系，或有版权异议的，请联系管理员，我们会立即处理，本文部分文字与图片资源来自于网络，部分文章是来自自研大数据AI进行生成,内容摘自(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供学习参考,不准确地方联系删除处理!的,若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请立即通知我们，情况属实，我们会第一时间予以删除，并同时向您表示歉意,谢谢!