CN107100762B - 一种氢气燃料发动机的氢气喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氢气燃料发动机的氢气喷嘴，包括喷嘴上部、喷嘴下部喷口段和供氢管路，喷嘴上部设有氢气聚集腔，喷嘴的供氢管路与氢气聚集腔连接。氢气喷嘴设有冷却管路和冷却入口管，冷却管路主要位于喷嘴下部喷口段。冷却管路的入口与冷却入口管连接，出口与冷却出口管或氢气聚集腔连接。冷却管路为采用螺旋状、网格状、格栅状或其他形式的直线和曲线的组合管路。冷却管路采用独立循环或用非独立循环方式。本发明使氢气喷嘴带有冷却功能，降低了喷嘴的温度，减小了喷嘴的热应力，有效解决了氢燃料发动机的氢气喷嘴在运行过程中出现的热应力问题，有利于延长氢气喷嘴的使用寿命。

Description

一种氢气燃料发动机的氢气喷嘴

技术领域

本发明属于燃烧设备技术领域，涉及一种喷嘴，具体涉及一种氢气燃料发动机的氢气喷嘴。

背景技术

随着汽车行业的快速发展，城市汽车保有量逐年增加，传统汽车产生的能源消耗量不断上升，给我国以石油为主体的传统能源经济带来巨大挑战，于此同时，汽车尾气污染问题也逐渐成为城市空气环境治理的重点之一。为了有效解决上述问题，新能源汽车研发成为当前汽车行业的主要研究课题。氢能源，作为一种易于获取，制造和使用过程清洁环保的新能源，具有可持续发展优势，近年来氢能源汽车的研究热度明显上升。

在氢能源汽车的研发过程中发现，传统汽车喷油嘴已经不能满足氢气发动机的喷氢需要，需要重新设计氢气喷嘴。同时，由于氢气的燃烧过程较传统能源发动机更为剧烈，发动机缸内最高燃烧温度和压力都有较大幅度上升，因此，氢气喷嘴所需承受的温度和压力均有所升高，其自身发生热腐蚀、热烧损的概率提高。上述问题严重影响了氢气发动机氢气喷嘴的运行可靠性和使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种氢气燃料发动机的氢气喷嘴，通过独立的冷却管路对氢气喷嘴部件进行冷却，从而降低喷嘴温度，减少运行过程中喷嘴的热应力，提高喷嘴使用寿命。

本发明的技术方案是：氢气燃料发动机的氢气喷嘴，包括喷嘴上部、喷嘴下部喷口段和供氢管路，喷嘴上部设有氢气聚集腔，供氢管路与氢气聚集腔连接。氢气喷嘴设有冷却管路和冷却入口管，冷却管路主要位于喷嘴下部喷口段。冷却管路的入口与冷却入口管连接，出口与冷却出口管或氢气聚集腔连接。冷却管路的目的是冷却氢气喷嘴的上部及下部喷口部分。

冷却管路为螺旋状、网格状、格栅状或其他形式的直线和曲线的组合管路结构。冷却管路的截面积在氢气喷嘴的不同位置为相同或不同。冷却管路为单通道或多通道，各条通道的形状采用相同设计或不同的独立设计。冷却管路为独立循环或用非独立循环方式，独立循环为冷却介质在喷嘴内吸收热量后通过喷嘴冷却管路出口流出喷嘴。非独立循环为吸收热量后的冷却介质可直接汇入氢气聚集腔中，与供氢管路输送来的氢气一起被高压喷射到发动机气缸中。采用具有特定温度和压力的冷却介质，冷却氢气喷嘴。冷却管路的冷却介质为固态、液态或气态，或上述物质的混合物，气态包括深冷气态的氢气、二氧化碳、水、有机物或无机物。当冷却介质为固态时，其粒度具有可选择性。当冷却介质为固态或液态时，冷却介质在冷却管道中的状态能转化，以利于达到更好的冷却效果。

冷却管路设有至少一个超压泄压阀。冷却管道的冷却换热接触面积根据喷嘴受热部位的不同进行调整。在喷嘴位于发动机气缸内部的部分，该部分受热温度高，冷却密度提高。同时可在冷却管道上设置微型阀门，当冷却介质吸热后压力升高并超过阀门设定压力时，冷却介质直接喷入气缸中。当冷却介质吸热后压力回落，则该阀门落座，冷却介质继续在冷却管道中继续循环。冷却管道中的阀门可以是单个或多个。本发明氢气喷嘴可用于包括但不限于氢燃料气体的发动机，燃料形式可以是气态、液态或者固态。要知道，氢气喷嘴用于活塞式发动机、燃气轮机或其它需要氢气喷嘴的各类动力装置。

本发明氢气燃料发动机的氢气喷嘴由于增加了冷却管路，使喷嘴带有冷却功能，通过独立的冷却管路输送冷却介质到喷嘴的各个热应力较高的部分，从而降低喷嘴的温度，减小喷嘴的热应力，有效解决了氢燃料发动机的氢气喷嘴在运行过程中可能出现的热应力问题，提高了喷嘴工作可靠性和安全性，有利于延长喷嘴的使用寿命。本发明的冷却管路管道自身设计、管路路线设计和冷却介质的选择具有多样性。本发明适用于氢气燃料发动机的氢气喷嘴，也适用于活塞式发动机、燃气轮机或其它需要氢气喷嘴的动力装置。

附图说明

图1为本发明氢气燃料发动机的氢气喷嘴的结构示意图；

图2为本发明另一种实施方案的结构示意图；

其中：1—冷却入口管、2—冷却出口管、3—喷嘴上部、4—供氢管路、5—氢气聚集腔、6—喷嘴下部喷口段、7—冷却管路、8—超压泄压阀。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明氢气燃料发动机的氢气喷嘴如图1所示，包括喷嘴上部3、喷嘴下部喷口段6、供氢管路4、冷却管路7、冷却入口管1、冷却出口管2和氢气聚集腔5。氢气聚集腔位于喷嘴上部，供氢管路与氢气聚集腔连接。冷却管路位于喷嘴下部喷口段，冷却管路的入口与冷却入口管连接，出口与冷却出口管连接。冷却管路采用独立循环方式，冷却介质在喷嘴内吸收热量后通过喷嘴冷却管路出口流出喷嘴。冷却管路中的冷却介质为深冷氢气。

冷却介质通过氢气喷嘴冷却入口管1进入氢气喷嘴，并沿着氢气喷嘴内部的冷却管路7对氢气喷嘴进行冷却。吸收热量后的冷却介质通过冷却出口管2流出氢气喷嘴，完成独立的冷却循环。氢气喷嘴内部的冷却管路7为单通道螺旋状结构，且冷却管道冷却面积根据喷嘴受热部位的不同进行调整。在喷嘴上部3，冷却管路接触面积较少，冷却密度较低。在氢气喷嘴位于发动机气缸内的部分，即喷嘴下部喷口段6，冷却管道接触面积较多，冷却密度较高。冷却介质在冷却入口管1的入口处为温度-50℃，压力不低于2MPa的深冷氢气，在冷却出口管2的出口处为温度50℃的常温氢气。

冷却管路设有超压泄压阀8，当冷却介质吸热后压力升高并超过超压泄压阀8的设定压力时，冷却介质单向流入氢气喷嘴氢气聚集腔5，与氢气喷嘴的供氢管路4入口来的氢气汇合，共同喷入发动机气缸。当冷却介质吸热后压力回落到正常值，则超压泄压阀8落座，冷却介质在冷却管道中继续循环。

实施例2

本发明另一实施方式如图2所示，包括喷嘴上部3、喷嘴下部喷口段6、供氢管路4、冷却管路7和冷却入口管1和氢气聚集腔5。氢气聚集腔位于喷嘴上部，供氢管路与氢气聚集腔连接。冷却管路位于喷嘴下部喷口段，冷却管路的入口与冷却入口管连接，出口与氢气聚集腔连接。氢气喷嘴内部的冷却管路7为单通道螺旋状结构。冷却管路采用非独立循环，吸收热量后的冷却介质可直接汇入氢气聚集腔中，与供氢管路输送来的氢气一起被高压喷射到发动机气缸中。冷却管路中的冷却介质为深冷氢气。

冷却介质通过氢气喷嘴冷却入口管1进入氢气喷嘴，并沿着氢气喷嘴内部的冷却管道7对氢气喷嘴进行冷却。吸收热量后的冷却介质最终汇入氢气喷嘴氢气聚集腔5，与供氢管路4入口来的氢气汇合，共同喷入发动机气缸。在冷却入口管1的入口处，冷却介质为温度-30℃、压力不低于10MPa的深冷氢气。

Claims (6)

1.一种氢气燃料发动机的氢气喷嘴，包括喷嘴上部（3）、喷嘴下部喷口段（6）和供氢管路（4），喷嘴上部设有氢气聚集腔（5），所述供氢管路与氢气聚集腔连接，其特征是：所述氢气喷嘴设有冷却管路（7）和冷却入口管（1），冷却管路位于喷嘴下部喷口段；所述冷却管路的入口与冷却入口管连接，出口与氢气聚集腔连接；所述氢气喷嘴内部的冷却管路（7）为单通道螺旋状结构，所述冷却管路中的冷却介质为深冷氢气。

2.根据权利要求1所述的氢气燃料发动机的氢气喷嘴，其特征是：所述冷却管路（7）为螺旋状、网格状或格栅状管路，冷却管路的截面积在氢气喷嘴的不同位置为相同或不同。

3.根据权利要求2所述的氢气燃料发动机的氢气喷嘴，其特征是：所述冷却管路（7）为单通道或多通道结构，各条通道的形状为相同设计或不同的独立设计。

4.根据权利要求1所述的氢气燃料发动机的氢气喷嘴，其特征是：所述冷却管路（7）采用非独立循环方式，所述非独立循环为吸收热量后的冷却介质可直接汇入氢气聚集腔中，与供氢管路输送来的氢气一起被高压喷射到发动机气缸中。

5.根据权利要求1所述的氢气燃料发动机的氢气喷嘴，其特征是：所述冷却管路（7）设有至少一个超压泄压阀（8）。

6.根据权利要求1所述的氢气燃料发动机的氢气喷嘴，其特征是：冷却管道的冷却换热接触面积根据喷嘴受热部位的不同进行调整；在喷嘴位于发动机气缸内部的部分，该部分受热温度高，冷却密度提高；同时可在冷却管道的任何位置上设置微型阀门，当冷却介质吸热后压力升高并超过阀门设定压力时，冷却介质可直接喷入气缸中；当冷却介质吸热后压力回落，则该阀门落座，冷却介质继续在冷却管道中继续循环。