引射器、燃料气体供给系统及燃料电池系统的制作方法

1.本技术涉及燃料电池系统领域，尤其涉及用于燃料电池系统的引射器。本技术还涉及包括这种引射器的燃料气体供给系统及燃料电池系统。


背景技术：

2.利用燃料气体与氧化气体的电化学反应发电的燃料电池系统被日益广泛地用来提供电力，尤其是在电动车辆领域中。在燃料电池系统中，来自燃料源的燃料气体(例如，氢气)通过燃料气体供给系统的燃料气体供给装置供给到燃料电池堆叠的阳极侧的输入端。通常，过量的燃料气体被提供到阳极侧的输入端，以确保燃料电池堆叠中的所有电池有充足的燃料气体可用。在燃料电池系统的工作期间，产物水、未消耗的燃料气体(例如氢气)和无效气体(即，不参与反应的气体，主要是氮气)会累积在阳极侧的输出端。再循环回路布置在阳极侧的输出端与燃料气体供给装置之间，以使得未消耗的燃料气体能够再循环回到燃料气体供给装置。燃料气体供给装置将未消耗的燃料气体与来自燃料源的燃料气体混合并供给到阳极侧的输入端，从而避免燃料气体的浪费并提高燃料气体的利用效率。
3.引射器(jetpump)是燃料气体供给装置的一种常见型式，其包括呈文丘里构型的主通道以及作为支路与该主通道连通的副通道。当来自燃料源的燃料气体在主通道中流动时，由于文丘里效应而产生负压，从而提供抽吸力以将再循环流从再循环回路通过副通道吸入引射器，使其与燃料气体混合并被一起供应到燃料电池堆叠的阳极侧的输入端。
4.但是，在现有的引射器中，主通道的喉部的横截面尺寸是固定的，使得喉部的通流面积是固定、不可调节的。对于具有各种不同的气体流量的燃料电池供给系统，需要制造大量不同型号的引射器。这需要在库存中维持大量不同型号的引射器，因而导致后勤困难且成本高昂。此外，由于需要制造大量不同型号的引射器，使得需要多条生产线或者在生产过程中对同一生产线进行大量的工艺调整，这会增加引射器的制造成本，因而增加燃料气体供给系统和燃料电池系统的成本。
5.因此，迫切需要对现有的引射器进行改进。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术中的至少一种缺陷，本技术提供了一种改进的引射器以及包括这种引射器的燃料气体供给系统和燃料电池系统。
7.根据本技术的一方面，提供了一种用于燃料电池系统的引射器，其特征在于，所述引射器包括本体，所述本体包括：
8.被配置成用于与所述燃料电池系统的燃料源连通的第一入口；
9.被配置成用于与所述燃料电池系统的燃料电池堆叠的阳极侧的输入端连通的出口；
10.在所述第一入口与所述出口之间延伸的第一通道，所述第一通道呈文丘里管构型，并且包括收缩段、喉部以及扩散段，所述收缩段比所述扩散段更靠近所述第一入口；
11.被配置成用于与所述燃料电池系统的再循环回路连通的第二入口；以及
12.在所述第二入口与所述第一通道之间延伸的第二通道，所述第二通道在所述喉部上游与所述第一通道连通，
13.所述喉部的通流面积是可调节的。
14.优选地，所述通流面积能够基于流动经过所述喉部的气体的流量来自动调节，在所述气体的流量增大时，所述通流面积增大，并且在所述气体的流量减小时，所述通流面积减小。
15.优选地，所述引射器包括安装到所述本体的比例阀，所述比例阀被配置成通过控制所述比例阀的开度来调节所述喉部的通流面积。
16.优选地，所述比例阀是电动比例阀，所述电动比例阀的开度能够基于流动经过所述喉部的气体的流量来自动调节，在所述气体的流量增大时，所述电动比例阀的开度增大，并且在所述气体的流量减小时，所述电动比例阀的开度减小。
17.优选地，所述比例阀是机械比例阀，所述机械比例阀的开度能够基于流动经过所述喉部的气体的流量来自动调节，在所述气体的流量增大时，所述机械比例阀的开度增大，并且在所述气体的流量减小时，所述机械比例阀的开度减小。
18.优选地，所述机械比例阀包括：
19.被固定于所述第一通道中的支撑构件；
20.被布置在所述第一通道中并且能够在所述第一通道中往复运动以改变所述喉部的通流面积的阀活塞；以及
21.被布置在所述第一通道中的偏置构件，所述偏置构件一端安装于所述支撑构件，另一端安装于所述阀活塞，以对所述阀活塞施加偏置力，
22.在所述气体的流量增大时，所述阀活塞在所述气体的作用下克服所述偏置力远离所述喉部运动，以增大所述喉部的通流面积，并且在所述气体的流量减小时，所述阀活塞在所述偏置力的作用下克服所述气体的作用力朝着所述喉部运动，以减小所述喉部的通流面积。
23.优选地，所述引射器包括安装到所述本体的多通道切换阀，所述多通道切换阀被配置成能够基于流动经过所述喉部的气体的流量来在至少第一阀通道和第二阀通道之间切换，从而使所述喉部的通流面积在至少对应于所述第一阀通道的第一通流面积和对应于所述第二阀通道的第二通流面积之间切换，其中，所述第一通流面积大于所述第二通流面积。
24.优选地，所述引射器还包括加热器，所述加热器被布置在所述本体的外部上以对所述喉部进行加热。
25.根据本技术的另一方面，提供了一种燃料气体供给系统，其特征在于，所述燃料气体供给系统包括前述的引射器。
26.根据本技术的又一方面，提供了一种燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统包括前述的引射器，或者根据权利要求所述的燃料气体供给系统。
27.根据本技术，仅需要生产单种构型的引射器能满足许多气体流量不同的应用的需求。这使得能够显著减少在库存中维持的引射器型号，从而降低后勤成本。此外，这也使得能够利用同一条生产线生产引射器，而无需建设多条生产线或者在生产过程中对同一生产
线进行大量工艺调整，由此降低了引射器的制造成本，从而降低了燃料气体供给系统和燃料电池系统的成本。
附图说明
28.下面将结合附图来更彻底地理解并认识本技术的上述和其它方面。应当注意的是，附图仅为示意性的，并非按比例绘制。在附图中：
29.图1示意性地示出了根据本技术优选实施例的引射器和燃料气体供给系统能够用于其中的燃料电池系统的一部分；
30.图2a
‑
2b示意性示出了根据本技术第一优选实施例的引射器，其中，图2a是该引射器的示意性横截面图，示出了该引射器的电动比例阀处于开度相对较小的状态，图2b也是该引射器的示意性横截面图，但示出了该电动比例阀处于开度相对较大的状态；
31.图3a
‑
3c示意性示出了根据本技术第二优选实施例的引射器，其中，图3a是该引射器的示意性横截面图，示出了该引射器的机械比例阀处于开度相对较小的状态，图3b是该引射器的沿着图3a的线a
‑
a的横截面图，图3c也是该引射器的示意性横截面图，但示出了该机械比例阀处于开度相对较大的状态；以及
32.图4a
‑
4b示意性示出了根据本技术第三优选实施例的引射器，该引射器包括多通道切换阀，其被配置成能够在至少第一阀通道和第二阀通道之间切换，其中，图4a是该引射器的示意性横截面图，示出了该引射器的多通道切换阀处于第二阀通道打开而第一阀通道关闭的状态，图4b也是该引射器的示意性横截面图，但示出了该多通道切换阀处于第一阀通道打开而第二阀通道关闭的状态。
33.附图标记列表：
34.1燃料电池堆叠
35.3燃料气体供给系统
36.5阳极侧
37.7阴极侧
38.9燃料源
39.13输入端
40.15输出端
41.17再循环回路
42.21水分离器
43.100引射器
44.200引射器
45.201本体
46.203第一入口
47.205出口
48.207第一通道
49.207a入口段
50.207b收缩段
51.207c喉部
52.207d扩散段
53.209第二入口
54.211第二通道
55.213电动比例阀
56.213a阀塞构件
57.213b阀杆构件
58.213c驱动器
59.215加热器
60.300引射器
61.301本体
62.303第一入口
63.305出口
64.307第一通道
65.307a入口段
66.307b收缩段
67.307c喉部
68.307d扩散段
69.309第二入口
70.311第二通道
71.315加热器
72.317机械比例阀
73.317a支撑构件
74.317b阀活塞
75.317c偏置构件
76.400引射器
77.401本体
78.403第一入口
79.405出口
80.407第一通道
81.407a入口段
82.407b收缩段
83.407c喉部
84.407d扩散段
85.409第二入口
86.411第二通道
87.415加热器
88.419多通道切换阀
89.419a第一阀通道
90.419b第二阀通道
91.419c第一挡块
92.419d第二挡块
具体实施方式
93.下面结合示例详细描述本技术的一些优选实施例。本领域技术人员应理解的是，这些实施例仅是示例性的，并不意味着对本技术形成任何限制。此外，在不冲突的情况下，本技术的实施例中的特征可以相互组合。在附图中，为简要起见而省略了其它的部件，但这并不表明本技术的引射器、燃料气体供给系统和燃料电池系统不可包括其它部件。应理解，附图中各部件的尺寸、比例关系以及部件的数目均不作为对本技术的限制。
94.在本文中，除非另有说明，否则“通流面积”是指部件或部分用于流通流体的通道的有效截面积。例如，在本文中“喉部的通流面积”是指喉部用于流通流体的通道的有效截面积。此外，在本文中，除非另有说明，否则“流量”是指单位时间内流经通流面积的流体量。
95.燃料电池系统(例如，质子交换膜燃料电池(pemfc))可以用于车辆中以提供电力，从而驱动车辆电机来提供动力或者使得车载系统执行各种功能。图1示意性地示出了本技术优选实施例的引射器和燃料气体供给系统能够用于其中的燃料电池系统的一部分。图1所示的燃料电池系统的一部分包括燃料电池堆叠1和燃料气体供给系统3(如图1中的虚线方框所表示的)。燃料电池堆叠1包括阳极侧5和阴极侧7。来自燃料源9的诸如氢气的燃料气体(如箭头11所指示的)通过燃料气体供给系统3的引射器100供给到阳极侧5的输入端13。通常，过量的燃料气体被提供到阳极侧5 的输入端13，以确保燃料电池堆叠1中的所有电池有充足的燃料气体可用。在燃料电池系统的工作期间，产物水、未消耗的燃料气体和无效气体会累积在阳极侧5的输出端15。无效气体是指不参与反应的气体，主要是氮气。
96.请继续参考图1，燃料气体供给系统3的再循环回路17可以设置在阳极侧5的输出端15与引射器100之间，以使得未消耗的燃料气体能够再循环回到引射器100。再循环回路17包括与阳极侧5的输出端15相连的水分离器21，其在来自阳极侧5的输出端15的再循环流(即，包括产物水、未消耗的燃料气体和无效气体的流体混合物，如箭头23所指示的)经由其流过时从再循环流中移除产物水。这样，可以提高再循环流中的燃料气体浓度，并防止在燃料电池堆叠1的流场通道或引射器100内发生水堵塞，从而防止燃料电池系统效率降低或发生故障。
97.引射器100将经除水的再循环流与来自燃料源9的燃料气体混合并将经混合的气体(如箭头19所指示的)供给到阳极侧5的输入端13。如将在下文结合图2a至图4b进行具体描述，引射器100包括被配置成用于与燃料源9连通的第一入口、被配置成用于与燃料电池堆叠1的阳极侧5的输入端13连通的出口以及在第一入口与出口之间延伸的第一通道，其中，第一入口、出口和第一通道未在图1中示出。第一通道呈文丘里管构型，并且包括入口段、收缩段、喉部以及扩散段，收缩段比扩散段更靠近第一入口。引射器100还包括被配置成用于与再循环回路17连通的第二入口、以及在第二入口与第一通道之间延伸的第二通道，其中，第二入口和第二通道也未在图1中示出。第二通道在喉部上游邻近喉部的位置处与第一通道连通。当来自燃料源9的燃料气体流动通过第一通道时，由于文丘里效应而产生负压，从而提供抽吸力来将再循环流从再循环回路17通过第二通道吸入引射器100，使其与来自燃料源9的燃料气体混合并被一起供应到燃料电池堆叠1的阳极侧5的输入端13。也就是
说，引射器100中的文丘里效应提供抽吸力，以使再循环流从阳极侧5的输出端15经过水分离器21并通过第二通道进入引射器100。在引射器100中，再循环流与来自燃料源9 的燃料气体混合并被一起供给(如箭头19所指示的)到阳极侧5的输入端 13。通过这种方式，可以避免燃料气体的浪费并提高燃料气体的利用效率。
98.下面结合图2a至图4b详细描述根据本技术的一些优选实施例的引射器的构型。
99.图2a和图2b示出了根据本技术第一优选实施例的引射器200。引射器200包括本体201，其包括被配置成用于与燃料电池系统的燃料源9连通的第一入口203、被配置成用于与燃料电池系统的燃料电池堆叠1的阳极侧 5的输入端13连通的出口205、在第一入口203与出口205之间延伸的第一通道207。第一入口203能够接收来自燃料源9的燃料气体。如图2a和图2b所示，第一通道207呈文丘里管构型，并且包括入口段207a、收缩段 207b、喉部207c以及扩散段207d，其中，收缩段207b比扩散段207d更靠近第一入口203。如图所示，从第一入口203到出口205依次为入口段207a、收缩段207b、喉部207c、扩散段207d。也就是说，来自燃料源9的燃料气体在从第一入口203进入引射器200之后，依次经过入口段207a、收缩段 207b、喉部207c以及扩散段207d，最后从出口205离开引射器200。如图所示，入口段207a的通流面积是基本恒定的。收缩段207b是渐缩形状的，使得通流面积从入口段207a沿着收缩段207b到喉部207c逐渐变窄。喉部 207c的通流面积是最窄的。扩散段207d是渐扩形的，使得通流面积从喉部 207c沿着扩散段207d到出口205逐渐变宽。应理解，尽管在图2a和图2b 中入口段207a被示出为自入口203开始延伸并且收缩段207b被示出为终止于出口205处，但是本技术不限于此。例如，在其它部分实施例中，入口段207a可以取消。
100.本体201还包括被配置成用于与燃料电池系统的再循环回路17连通的第二入口209、以及在第二入口209与第一通道207之间延伸的第二通道 211。第二通道211在喉部207c上游与第一通道207连通，以使得第二入口 209能够从再循环回路17接收再循环流。尽管在图2a和图2b中，第二通道211被示出为在收缩段207b的起始位置处与第一通道207连通，但是本技术不限于此。第二通道211也可以在喉部207c上游的其它合适位置处与第一通道207连通。
101.如上所述，引射器200中的文丘里效应能够提供抽吸力来将再循环流从阳极侧5的输出端15经过再循环回路17通过第二通道211抽吸到引射器100中。具体而言，当来自燃料源9的燃料气体流动通过第一通道207 时，燃料气体从入口段207a经过收缩段207b流动到喉部207c，燃料气体的流速由于通流面积减小而上升。在喉部207c处，燃料气体的动态压力达到最大值，静态压力达到最小值，从而在入口段207a与喉部207c之间产生压力差。由于第二通道211在喉部207c上游邻近喉部207c的位置处与第一通道207连通，这种压力差会在第二通道211中提供抽吸力，从而使再循环流从阳极侧5的输出端15经过水分离器21并通过第二通道211进入引射器200。在引射器200中，再循环流与来自燃料源9的燃料气体混合，并被一起供给到阳极侧5的输入端13。通过这种方式，可以避免燃料气体的浪费并提高燃料气体的利用效率。
102.引射器200的本体201的喉部207c被设计成具有可调节的通流面积，以允许制造具有相同构型的引射器200来用于气体流量不同的应用。在用于气体流量较小的应用时，喉部207c的通流面积可以手动或自动地减小，并且在用于气体流量较大的应用时，喉部207c的通流面积可以手动或自动地增大。通过这种方式，能够根据各种应用的气体流量来调节喉
部207c的通流面积，从而在第二通道211提供合适的抽吸力。如此，仅需要生产单种构型的引射器200就能满足许多气体流量不同的应用的需求。这使得能够显著减少在库存中维持的引射器型号，从而降低后勤成本。此外，这也使得能够利用同一条生产线生产引射器200，而无需建设多条生产线或者对同一生产线进行大量工艺调整，由此降低了引射器的制造成本，从而降低了燃料气体供给系统3和燃料电池系统的成本。
103.引射器200包括比例阀，其被配置成通过控制比例阀的开度来调节喉部207c的通流面积。如图2a和图2b所示，该比例阀是电动比例阀213。电动比例阀213包括阀塞构件213a，其被布置在引射器200的本体201中，并且能够移动以伸入喉部207c中或者从喉部207c中缩回，从而改变喉部 207c的通流面积。电动比例阀213还包括用于致动阀塞构件213a以使其移动的阀杆构件213b以及用于驱动阀杆构件213b的驱动器213c(例如，马达)。驱动器213c能够通过驱动阀杆构件213b来致动阀塞构件213a，以改变阀塞构件213a伸入喉部207c中的程度。如在图2a和图2b中示意性地示出的，阀塞构件213a能够伸入到喉部207c中，以至少部分地阻挡喉部 207c中的流动通道，从而改变喉部207c的通流面积。相比于图2b，在图 2a中阀塞构件213a伸入到喉部207c中的程度更大，因而阻挡了喉部207c 中的流动通道的更多部分，使得喉部207c的通流面积更小。
104.在一些示例中，喉部207c的通流面积能够基于流动经过喉部207c的气体的流量来自动调节。例如，喉部207c中可以布置有流量传感器(未示出)，以感测流动经过喉部207c的气体(即，来自燃料源9的燃料气体与来自再循环回路17的再循环流的混合物)的流量。电动比例阀213的控制器(未示出)可以与该流量传感器通信以接收指示流动经过喉部207c的气体的流量的信号，并且根据所述信号来改变阀塞构件213a的位置，从而基于所述气体的流量来自动调节喉部207c的通流面积。应理解到，也可以通过分别感测来自燃料源9的燃料气体和通过再循环回路17进入引射器200的再循环流的流量来计算流动经过喉部207c的气体的流量。
105.在流动经过喉部207c的气体的流量减小时，驱动器213c通过驱动阀杆构件213b来致动阀塞构件213a，使阀塞构件213a伸入到喉部207c中的程度更大，以减小电动比例阀213的开度，从而使喉部207c的通流面积变小。在流动经过喉部207c的气体的流量增大时，驱动器213c通过驱动阀杆构件 213b来致动阀塞构件213a，使阀塞构件213a伸入到喉部207c中的程度变小(即，从喉部207c往回缩)，以增大电动比例阀213的开度，从而使喉部207c的通流面积变大。通过这种方式，能够在流动经过喉部207c的气体的流量发生波动(例如，突然增大或减小)时维持入口段207a与喉部207c 之间的压力差稳定，以保持第二通道211中的抽吸力稳定。这能够确保燃料电池堆叠1的阳极侧5的输出端15的压力稳定，从而确保燃料电池系统的可靠运行。此外，这使得可以省去传统的燃料气体供给系统中的燃料循环泵，所述燃料循环泵被布置在引射器与再循环回路的水分离器之间，以补充于引射器来给再循环流提供循环动力。
106.在一些示例中，引射器200还可以包括加热器215，其被布置在本体 201的外部上以对喉部207c进行加热。这使得可以在例如燃料电池系统所处环境的温度过低时防止在喉部207c中出现结冰，使得电动比例阀213可以及时响应于流动经过喉部207c的气体的流量的各种变化来调节喉部207c 的通流面积，从而确保引射器200、燃料气体供给系统3和燃料电池系统可靠运行。加热器215可以是本领域中已知的任何合适类型的加热器，优选地为柔
性加热器。
107.图3a至图3c示出了根据本技术第二优选实施例的引射器300。在图 3a和图3c中，使用类似的附图标记表示与图2a和图2b中类似的部分或部件。引射器300具有与图2a和图2b所示的引射器200的本体201、第一入口203、出口205、第一通道207、入口段207a、收缩段207b、喉部 207c、扩散段207d、第二入口209、第二通道211和加热器215类似的本体301、第一入口303、出口305、第一通道307、入口段307a、收缩段307b、喉部307c、扩散段307d、第二入口309、第二通道311和加热器315。在此将省略对这些类似部分的详细说明。
108.类似于引射器200，引射器300也包括比例阀，其被配置成通过控制比例阀的开度来调节喉部307c的通流面积。但是，与引射器200不同，引射器300的比例阀是机械比例阀317。机械比例阀317的开度能够基于流动经过喉部307c的气体的流量来自动调节，从而调节喉部307c的通流面积。在所述气体的流量增大时，机械比例阀317的开度增大以增大喉部307c的通流面积，并且在所述气体的流量减小时，机械比例阀317的开度减小以减小喉部307c的通流面积。
109.在如图3a至图3c所示的实施例中，机械比例阀317包括被固定于第一通道307中的支撑构件317a、被布置在第一通道307中并且能够在第一通道307中往复运动的阀活塞317b、以及被布置在第一通道307中的偏置构件317c。支撑构件317a可以通过本领域中已知的合适方式(例如，焊接) 固定于第一通道307中。阀活塞317b的形状被设计成与喉部307c的形状配合，使得阀活塞317b在第一通道307中往复运动时能够改变喉部307c 的通流面积。如图所示，阀活塞317b可以是圆锥体形状，其被布置在喉部 307c的下游。阀活塞317b被配置成在朝着喉部307c运动时能够至少部分地阻挡喉部307c中的通道，从而减小喉部307c的通流面积，并且在远离喉部307c运动时减少这种阻挡，从而增大喉部307c的通流面积。偏置构件 317c一端安装于支撑构件317a，另一端安装于阀活塞317b，以对阀活塞317b 施加偏置力。通过这种布置，在流动经过喉部307c的气体的流量增大时，阀活塞317b在气体的作用下克服偏置力远离喉部307c运动，以增大喉部 307c的通流面积，并且在流动经过喉部307c的气体的流量减小时，阀活塞 317b在偏置力的作用下克服气体的作用力朝着喉部307c运动，减小喉部 307c的通流面积。偏置构件317c的偏置力是可调节的。例如，在图3a至图3c中，支撑构件317a被布置在喉部307c的下游，并且偏置构件317c 呈压缩弹簧的形式。偏置构件317c可以包括弹簧座，以使得可以通过调节弹簧座(未示出)来调节该压缩弹簧的松紧程度，从而调节偏置力的大小。
110.由此可见，机械比例阀317与电动比例阀213的作用类似，即，能够在流动经过喉部307c的气体的流量发生波动(例如，突然增大或减小)时维持入口段307a与喉部307c之间的压力差稳定，以保持第二通道311中的抽吸力稳定。这能够确保燃料电池堆叠1的阳极侧5的输出端15的压力稳定，从而确保燃料电池系统的可靠运行。此外，这也使得可以省去传统的燃料气体供给系统中的燃料循环泵，所述燃料循环泵被布置在引射器与再循环回路的水分离器之间，以补充于引射器来给再循环流提供循环动力。此外，相比于图2a和图2b所示的实施例，在图3a至图3c所示的中，由于使用机械比例阀317，能够省去了各种电连接和传感器，这降低了系统的复杂程度，并且提高了安全性。
111.尽管在图3a至图3c中，支撑构件317a被布置在喉部307c的下游，并且偏置构件317c呈压缩弹簧的形式。但应理解，支撑构件317a也可以被布置在喉部307c的上游，相应
地，偏置构件317c可以呈拉伸弹簧的形式。此外，支撑构件317a可以是沿着第一通道307中的气体流动方向呈流线型 (参见图3b)，以降低其对气体流动的影响。应理解到，支撑构件317a 和偏置构件317c也可以呈其它合适的形式。
112.图4a和图4b示出了根据本技术第三优选实施例的引射器400。在图 4a和图4b中，使用类似的附图标记表示与图2a和图2b中类似的部分。引射器400具有与图2a和图2b所示的引射器200的本体201、第一入口 203、出口205、第一通道207、入口段207a、收缩段207b、喉部207c、扩散段207d、第二入口209、第二通道211和加热器215类似的本体401、第一入口403、出口405、第一通道407、入口段407a、收缩段407b、喉部 407c、扩散段407d、第二入口409、第二通道411和加热器415。在此将省略对这些类似部分的详细说明。
113.引射器400与引射器200的区别之处在于：引射器400包括多通道切换阀419。多通道切换阀419被配置成能够基于流动经过喉部407c的气体的流量来自动调节喉部407c的通流面积，并且在所述气体的流量增大时，使喉部407c的通流面积增大，在所述气体的流量减小时，使喉部407c的通流面积减小。具体而言，多通道切换阀419被配置成能够基于流动经过喉部407c的气体的流量来在至少第一阀通道419a和第二阀通道419b之间切换，从而使喉部407c的通流面积在至少对应于第一阀通道419a的第一通流面积和对应于第二阀通道419b的第二通流面积之间切换。如在图4a 和图4b中示意性地示出的，第一通流面积大于第二通流面积。应理解，多通道切换阀419还可以被配置有更多的阀通道。
114.类似于上文关于图2a和图2b所示的实施例所描述的，喉部407c中也可以布置有流量传感器(未示出)，以感测流动经过喉部407c的气体(即，来自燃料源9的燃料气体与来自再循环回路17的再循环流的混合物)的流量。多通道切换阀419的控制器(未示出)可以与该流量传感器通信以接收指示流动经过喉部407c的气体的流量的信号，并且根据所述信号在至少第一阀通道419a和第二阀通道419b之间切换，从而自动调节喉部407c的通流面积。例如，在流动经过喉部407c的气体的流量大于或等于预定阈值时，多通道切换阀419切换到第一阀通道419a，并且在所述气体的流量小于预定阈值时，多通道切换阀419切换到第二阀通道419b。例如，多通道切换阀419可以包括被配置成能够被致动以关闭和打开第一阀通道419a的第一挡块419c以及被配置成能够被致动以关闭和打开第二阀通道419b的第二挡块419d。多通道切换阀419可以通过致动第一挡块419c和第二挡块419d来选择性地关闭和打开第一阀通道419a和第二阀通道419b，从而在第一阀通道419a和第二阀通道419b之间切换。如在图4a中示意性地示出的，第一挡块419c关闭第一阀通道419a，而第二阀通道419b处于打开，多通道切换阀处于第二阀通道419b打开而第一阀通道419a关闭的状态。如在图4b中示意性地示出的，第二挡块419d关闭第二阀通道419b，而第一阀通道419a处于打开，多通道切换阀处于第一阀通道419a打开而第二阀通道419b关闭的状态。还应理解到，也可以通过分别感测来自燃料源9 的燃料气体和通过再循环回路17进入引射器200的再循环流的流量来计算流动经过喉部207c的气体的流量。
115.由此可见，多通道切换阀419与电动比例阀213的作用类似，即，能够在流动经过喉部407c的气体的流量发生波动(例如，突然增大或减小) 时维持入口段407a与喉部407c之间的压力差稳定，以保持第二通道411 中的抽吸力稳定。这能够确保燃料电池堆叠1的阳极侧5的输出端15的压力稳定，从而确保燃料电池系统的可靠运行。此外，这也使得可以省去传统的燃料气体供给系统中的燃料循环泵，所述燃料循环泵被布置在引射器与再循环回路
的水分离器之间，以补充于引射器来给再循环流提供循环动力。
116.应理解到，除了上文描述的电动比例阀213、机械比例阀317和多通道切换阀419之外，引射器可以包括其它合适部件和/或结构，以使得喉部的通流面积是可调节的。
117.此外，尽管没有示出，但应理解再循环回路17中可以设置有排液阀，以控制将积累的水及时从水分离器21的排出。此外，尽管没有示出，但应理解，再循环回路17中可以设置有排气阀，其作为支路连接到再循环回路17，在再循环流中的无效气体浓度高于预定阈值或者再循环回路17中的压力过高时打开以排出一部分再循环流(例如排出到排气管中)，从而减少被供应到引射器100的再循环流的量。这样，可以防止被供应到燃料电池堆叠1的燃料气体被无效气体过度稀释或者防止压力过高对燃料电池堆叠 1造成损伤，从而保证燃料电池系统可靠运行。
118.如在本文中使用的，术语“第一”和“第二”用于将一个元件或部段与另一个元件或部段区分开来，但是这些元件和/或部段不应受到此类术语的限制。术语“水”是指水可以是混合相并且包括液相水和气相水，并且水分离器至少从包括水和燃料气体的流中移除液相水的一部分。此外，术语“水分离室”可以指在再循环流经过其时使水与包括未消耗的燃料气体和无效气体的气流分离以便从再循环流中移除水的任何合适类型的水分离室，例如离心式水分离室、带有筛网的水分离室等。
119.以上结合具体实施例对本实用新型进行了详细描述。显然，以上描述以及在附图中示出的实施例均应被理解为是示例性的，而不构成对本实用新型的限制。对于本领域技术人员而言，可以在不脱离本实用新型的精神的情况下对其进行各种变型或修改，这些变型或修改均不脱离本实用新型的范围。