CN112780614A - 流量可调的燃料电池用的氢气引射器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供流量可调的燃料电池用的氢气引射器，包括引射器主体、引射器喷嘴、针阀、导向套筒，引射器喷嘴头部位于接受室里，引射器喷嘴尾部连接引射器端盖，针阀的头部设置针阀空腔、一级喷孔、二级喷孔，针阀的尾部设置一级弹簧安装柱孔，导向套筒的头部里设置一级弹簧安装柱，导向套筒的尾部设置二级弹簧安装柱孔，引射器端盖上设置二级弹簧安装柱，一级弹簧安装柱上套有一级弹簧，二级弹簧安装柱上套有二级弹簧。在引射器喷嘴中内加入一级弹簧、二级弹簧、导向套筒和针阀，实现引射器根据燃料电池循环系统工况自主调节流量，拓宽引射器的工作范围，以满足氢燃料电池在不同工况下对氢气量的需求。

Description

流量可调的燃料电池用的氢气引射器

技术领域

本发明涉及的是一种氢燃料电池，具体地说是氢燃料电池循环系统的氢气引射器。

背景技术

燃料电池反应后只生成水，具有清洁、环保和能量转化率高等优点，最近几年在汽车、船舶等领域得到了迅速的发展，是一种新型的绿色动力装置。燃料电池系统由氢气供给系统、空气供给系统、电堆和水管理等系统组成，其中为提高氢气的利用率以及利用氢气带走电堆内的水蒸气，通常进行过量氢气的供给，氢气循环系统成为燃料电池系统的关键，直接影响燃料电池的动力性和经济性。

引射器是利用一定压力的工作流体在通过喷嘴时在接受室形成的低压进行引射流体的引射，从而实现在不消耗机械能的前提下被引射流体的引射。由于引射器机械结构简单，不存在移动部件，避免燃料电池系统上通常采用的循环泵具有的噪声大、耗能高等缺点，所以适用于在燃料电池的氢气循环系统中使用。

专利“一种燃料电池供氢回氢引射器装置及燃料电池系统”(公开号CN211062794U)介绍了一种用于燃料电池的引射器，但该引射器几何结构是固定的，只能满足特定的设计工况，无法适用于燃料电池的多工况。专利“一种用于新能源系统可调节流速的引射器”(公开号CN211314681U)设计了一种通过浮球位置的改变实现喷嘴流通截面积的改变的引射器，但该浮球的精确运动控制较难，浮球的不受控的运动会引起引射器的引射效果变差。现有技术中用于燃料电池的引射器，大部分是几何结构固定的引射器，无法灵活调节关键结构参数，这在工况复杂多变的燃料电池动力装置上较难实现良好的氢气引射回流，严重降低燃料电池的工作性能。

发明内容

本发明的目的在于提供能解决目前现有氢气引射器难以兼顾电堆多工况等技术问题的流量可调的燃料电池用的氢气引射器。

本发明的目的是这样实现的：

本发明流量可调的燃料电池用的氢气引射器，其特征是：包括引射器主体、引射器喷嘴、针阀、导向套筒，引射器主体里设置依次相通的接受室、混合室、扩压室、混合气体出口，引射器喷嘴头部位于接受室里，引射器喷嘴尾部连接引射器端盖，针阀的头部设置针阀空腔、一级喷孔、二级喷孔，针阀的尾部设置一级弹簧安装柱孔，针阀的头部位于引射器喷嘴的头部里并与其配合，导向套筒的头部里设置一级弹簧安装柱，一级弹簧安装柱的端部位于一级弹簧安装柱孔里，导向套筒的尾部设置二级弹簧安装柱孔，引射器端盖上设置二级弹簧安装柱，二级弹簧安装柱的端部位于二级弹簧安装柱孔里，一级弹簧安装柱上套有一级弹簧，二级弹簧安装柱上套有二级弹簧，针阀、导向套筒、引射器端盖与引射器喷嘴形成工作气体腔，引射器喷嘴上开设连通工作气体腔的工作气体入口，引射器主体上开设连通接受室的引射气体入口。

本发明还可以包括：

1、引射器喷嘴上设置倾斜的阀座，阀座与针阀相配合，针阀的对应位置也为倾斜结构，二者接触时，将工作气体腔与针阀空腔隔开，针阀压缩一级弹簧并移动后，一级喷孔与工作气体腔相通，针阀进一步一级弹簧使得针阀加大移动行程后，二级喷孔和一级喷孔同时与工作气体腔相通。

2、一级弹簧未被压缩时，一级弹簧安装柱与针阀的一级弹簧安装柱孔的端部的距离为一级弹簧的最大压缩长度；二级弹簧未被压缩时，二级弹簧安装柱与导向套筒的二级弹簧安装柱孔的端部的距离为二级弹簧的最大压缩长度。

3、二级弹簧的弹性系数大于一级弹簧。

本发明的优势在于：在引射器喷嘴中内加入一级弹簧、二级弹簧、导向套筒和针阀，实现引射器根据燃料电池循环系统工况自主调节流量，拓宽引射器的工作范围，以满足氢燃料电池在不同工况下对氢气量的需求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2a为针阀示意图，图2b为P-P视图；

图3为导向套筒示意图；

图4为在较低的氢气压力下针阀处于第一工作位置时的示意图；

图5为在较高的氢气压力下针阀处于第二工作位置时的示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-5，本发明包括引射器喷嘴2、引射器主体3、引射器端盖1、针阀4、一级弹簧5、导向套筒6和二级弹簧7。

引射器喷嘴2包括工作气体入口21、工作气体腔22、阀座23；引射器喷嘴2左端与引射器端盖1连接，工作气体入口21设置在引射器喷嘴2的侧壁面上，阀座23设置在引射器喷嘴2右端，二级弹簧7安装在引射器端盖1中心处的二级弹簧安装柱上，二级弹簧7左端与端盖1接触，右端与导向套筒6左端面G接触，导向套筒6左端开孔61，孔61的直径与二级弹簧安装柱相等，导向套筒6套通过孔61安装在二级弹簧安装柱上，导向套筒左端孔底面F和二级弹簧安装柱的右端面H之间的距离为S2，该距离为二级弹簧7的最大压缩长度，导向套筒6右端开孔62，孔62的中心设置一级弹簧安装柱63，一级弹簧5安装在一级弹簧安装柱63上，一级弹簧5左端与导向套筒6右端的孔62的底面E接触，右端与针阀4左端面B接触，针阀4左端开孔44，孔44的直径与一级弹簧安装柱63相等，针阀4通过孔44安装在一级弹簧安装柱63上，导向套筒6右端的孔62中部的一级弹簧安装柱63的端面D与针阀4左端的孔44的底面A之间的距离为S1，该距离为一级弹簧5的最大压缩长度，针阀4右端受一级弹簧5和二级弹簧7压力通过面C压在阀座23处并密封，针阀右端布置一个针阀空腔43，针阀空腔43与一级喷孔41、二级喷孔相连42，四个一级喷孔41沿径向呈环形布置，二级喷孔42在一级喷孔41右侧，布置形式与一级喷孔41相同，引射器喷嘴2与引射器端盖1、针阀4、一级弹簧5、导向套筒6、二级弹簧7安装后形成的空腔即为工作气体腔22。

引射器主体3中包括引射气体入口31、接受室32、混合室33、扩压室34以及混合气体出口35；引射器主体3中沿轴线设置连通的接受室32、混合室33、扩压室34以及混合气体出口35，接受室32附近的引射器主体3侧壁面上设置引射气体入口31，引射器主体3左侧与引射器喷嘴2用螺栓连接起来，使针阀空腔43与接受室32相连通。所述引射器主体作用是作为引射气体的通道，实现工作气体和引射气体的混合。

当引射器处于较低的氢气压力下工作时，面C处由于节流作用会受到较小的向左的力，一级弹簧5会被压缩，面A与面D接触，由于二级弹簧7的弹性系数比一级弹簧5大大，因此二级弹簧7压缩量不大，面F与面H还没有接触。此时针阀4处于第一工作位置，如图4所示。针阀4向左运动一段距离L1，该距离略大于一级弹簧的最大压缩长度S1，针阀4上的一级喷孔41打开，而二级喷孔42仍然处于关闭状态，工作气体腔22与一级喷孔41、针阀空腔43、接受室32相连通，高压的氢气可以进入接收室引射低压的氢气，由于二级喷孔仍然处于关闭状态，此时氢气的流量较小。

当引射器处于较高的氢气压力下工作时，面C处由于节流作用会受到较大的向左的力，一级弹簧5二级弹簧7都会被压缩至最短，面A与面D接触，面F与面H相接触。此时针阀4处于第二工作位置，如图5所示。针阀4相比原位置向左运动L2＝S1+S2，针阀4上面的一级喷孔41二级喷孔42都打开，工作气体腔22通过一级喷孔41、二级喷孔42与针阀空腔43、接受室32相连通，高压的氢气可以进入接收室引射低压的氢气，由于二级喷孔已经打开，此时氢气的流量较大。

Claims (5)

1.流量可调的燃料电池用的氢气引射器，其特征是：包括引射器主体、引射器喷嘴、针阀、导向套筒，引射器主体里设置依次相通的接受室、混合室、扩压室、混合气体出口，引射器喷嘴头部位于接受室里，引射器喷嘴尾部连接引射器端盖，针阀的头部设置针阀空腔、一级喷孔、二级喷孔，针阀的尾部设置一级弹簧安装柱孔，针阀的头部位于引射器喷嘴的头部里并与其配合，导向套筒的头部里设置一级弹簧安装柱，一级弹簧安装柱的端部位于一级弹簧安装柱孔里，导向套筒的尾部设置二级弹簧安装柱孔，引射器端盖上设置二级弹簧安装柱，二级弹簧安装柱的端部位于二级弹簧安装柱孔里，一级弹簧安装柱上套有一级弹簧，二级弹簧安装柱上套有二级弹簧，针阀、导向套筒、引射器端盖与引射器喷嘴形成工作气体腔，引射器喷嘴上开设连通工作气体腔的工作气体入口，引射器主体上开设连通接受室的引射气体入口。

2.根据权利要求1所述的流量可调的燃料电池用的氢气引射器，其特征是：引射器喷嘴上设置倾斜的阀座，阀座与针阀相配合，针阀的对应位置也为倾斜结构，二者接触时，将工作气体腔与针阀空腔隔开，针阀压缩一级弹簧并移动后，一级喷孔与工作气体腔相通，针阀进一步一级弹簧使得针阀加大移动行程后，二级喷孔和一级喷孔同时与工作气体腔相通。

3.根据权利要求1或2所述的流量可调的燃料电池用的氢气引射器，其特征是：一级弹簧未被压缩时，一级弹簧安装柱与针阀的一级弹簧安装柱孔的端部的距离为一级弹簧的最大压缩长度；二级弹簧未被压缩时，二级弹簧安装柱与导向套筒的二级弹簧安装柱孔的端部的距离为二级弹簧的最大压缩长度。

4.根据权利要求1或2所述的流量可调的燃料电池用的氢气引射器，其特征是：二级弹簧的弹性系数大于一级弹簧。

5.根据权利要求3所述的流量可调的燃料电池用的氢气引射器，其特征是：二级弹簧的弹性系数大于一级弹簧。

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