CN113675437A - 一种氢气循环泵端盖引射器及燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氢气循环泵端盖引射器及燃料电池系统，其中端盖引射器包括引射器壳体，以及设于引射器壳体上的引射器喷嘴、引射器出口、主通道、引流通道、循环泵通道、第一连接端口和第二连接端口，引射器喷嘴的输入端连接至氢气源，输出端连接至主通道的入口，引射器出口连接至主通道的出口，第一连接端口的输入端连接至电堆氢气出口，一个输出端连接至引流通道的输入端，另一个输出端连接至循环泵的入口，引流通道中设有单向阀，且引流通道的输出端连接至主通道，第二连接端口的输入端连接至循环泵的出口，输出端通过循环泵通道连接至引射器出口。与现有技术相比，本发明具有集成度高，体积小的优点，并且能够实现系统全功率工况的运行。

Description

一种氢气循环泵端盖引射器及燃料电池系统

技术领域

本发明涉及燃料电池引射器领域，尤其是涉及一种氢气循环泵端盖引射器及燃料电池系统。

背景技术

当燃料电池系统运用到汽车中时，氢气作为燃料进行使用，为了确保汽车的续航里程，除了装入大容量高压的氢气外，对氢气的利用率也非常重视。在燃料电池系统的低压供氢系统中，通常会使用氢气循环泵或者引射器来提高氢气的利用率。氢气循环泵由泵头和电机组成，通过泵头主动吸入电堆内多余的氢气进行内部循环；而引射器属于机械结构件，通过气体高速流动被动吸入电堆内多余的氢气进行内部循环。

单独使用氢气循环泵在系统大功率条件下，循环泵电机消耗功率较大，导致燃料电池系统提供的输出功率偏小；单独使用引射器，虽然在系统大功率下没有能量消耗，但引射器有流速要求，导致使用引射器后系统无法全功率工况运行。

对此，中国专利CN212380447U公开一种双喷射器及引射器气体循环结构，引射器并联来拓宽引射器的运行范围，当小流量氢气时，单喷射阀与单引射器工作；当大流量氢气时，双喷射器与双引射器工作。虽拓宽引射器的运行范围，但仍未解决燃料电池系统全功率工况运行的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种氢气循环泵端盖引射器及燃料电池系统，在小功率工况下可以完全退出引射，从而实现功率工况的运行。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种氢气循环泵端盖引射器，包括引射器壳体，以及设于引射器壳体上的引射器喷嘴、引射器出口、主通道、引流通道、循环泵通道、第一连接端口和第二连接端口，所述引射器喷嘴的输入端连接至减压后的氢气源，输出端连接至主通道的入口，所述引射器出口连接至主通道的出口，所述第一连接端口的输入端连接至电推氢气出口，一个输出端连接至引流通道的输入端，另一个输出端连接至循环泵的入口，所述引流通道中设有单向阀，且引流通道的输出端连接至主通道，所述第二连接端口的输入端连接至循环泵的出口，输出端通过循环泵通道连接至引射器出口。

所述引流通道中还设有限位螺母，所述限位螺母设于单向阀近引射器喷嘴一侧。

所述主通道包括依次连接的起始段、混合段和扩展段，所述引射器喷嘴设于起始段中，所述引流通道连通至起始段，所述起始段沿气流方向渐缩，所述扩展段沿气流方向渐扩。

所述引射器喷嘴的形状与起始段匹配。

所述引流通道与主通道呈一夹角，且引流通道的输入端相对于输出端近主通道输出端设置。

所述端盖引射器还包括安全阀，所述安全阀设于引射器壳体上并与主通道的输出端或引射器出口连通。

所述安全阀通过螺纹与引射器壳体连接。

所述端盖引射器还包括温度传感器和压力传感器，所述温度传感器和压力传感器设于引射器壳体上并位于主通道的输出端或引射器出口中。

所述温度传感器和压力传感器均通过螺纹与引射器壳体连接。

一种燃料电池系统，包括如上述的端盖引射器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)集成度高，安全可靠：将引射器集成与循环泵端盖中，省去了普通系统集成时多个墩头及硅胶管路，此外端盖引射器集成了单向阀、这样的设计装置更有利于整车及系统布置，此外引射器与循环泵端盖采用一体式设计，即避免多个泄露氢气的可能又省去装配时间，节省安装效率。

2)适用不同系统，应用灵活：通过改变引流通道直径、引射器喷嘴出口直径、混合段直径、扩展段大小即可适用于不同功率的燃料电池系统。

3)适用于燃料电池系统全功率且消耗功率低：适用于燃料电池系统的全功率运行且在该燃料电池系统大功率下消耗功率低，很大的提升该系统的输出功率，尤其是额定功率大的燃料电池系统；另外内部管道紧凑且内壁光滑，氢气流阻更小，损失的能量更少。

4)增加单向阀设计，有效防止氢气乱窜：在端盖引射器中的引射器引流通道中安装单向阀，当燃料电池系统小功率运行时，此时只有循环泵介入，增加单向阀可以避免压缩氢气通过氢气入口由引射器喷嘴回流到引射器引流通道的情况，可以有效控制入堆的氢气量。

5)批量生产，提高效率，降低成本：无需新增工艺孔，降低加工时间与成本，批量生产可继续降低成本。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例的结构截面示意图；

图3为本发明实施例的进出口示意图；

图4为本发明实施例的引射器壳体的结构示意图；

图5为本发明实施例的设计原理图。

其中：1、压力传感器，2、温度传感器，3、安全阀，4、引射器喷嘴，5、引射器壳体，6、单向阀，7、限位螺母，8、安全阀泄压口，9、第一连接端口，11、引射器出口，12、氢气循环泵，41、引射器喷嘴口，51、引流通道，52、混合段，53、扩展段，54、循环泵通道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种氢气循环泵端盖引射器，如图1至图4所示，包括引射器壳体5，以及设于引射器壳体上的引射器喷嘴4、引射器出口11、主通道、引流通道51、循环泵通道54、第一连接端口9和第二连接端口13，引射器喷嘴4的输入端连接至氢气源，输出端连接至主通道的入口，引射器出口11连接至主通道的出口，第一连接端口9的输入端连接至电推氢气出口，一个输出端连接至引流通道51的输入端，另一个输出端连接至循环泵的入口，引流通道51中设有单向阀6，且引流通道51的输出端连接至主通道，第二连接端口13的输入端连接至循环泵的出口，输出端通过循环泵通道54连接至引射器出口11。

主通道包括依次连接的起始段、混合段52和扩展段53，引射器喷嘴4设于起始段中，引流通道51连通至起始段，起始段沿气流方向渐缩，扩展段53沿气流方向渐扩，此外，引射器喷嘴4的形状与起始段匹配。

氢气源提供压缩氢气，压缩氢气通过引射器喷嘴4射流进入端盖引射器内，电堆内氢气通过第一连接端口9由单向阀6引流到端盖引射器中，另外部分电堆内氢气由第一连接端口9进入到氢气循环泵中，并经由氢气循环泵在引射器出口11汇合流入电堆中。

本申请通过上述集成设计，将引射器集成与循环泵端盖中，省去了普通系统集成时多个墩头及硅胶管路，此外端盖引射器集成了单向阀6、这样的设计装置更有利于整车及系统布置，此外引射器与循环泵端盖采用一体式设计，即避免多个泄露氢气的可能又省去装配时间，节省安装效率。

此外，在端盖引射器中的引射器引流通道中安装单向阀，当燃料电池系统小功率运行时，此时只有循环泵介入，增加单向阀6可以避免压缩氢气通过氢气入口由引射器喷嘴回流到引射器引流通道的情况，可以有效控制入堆的氢气量。

在一些实施例中，引流通道51与主通道呈一夹角，且引流通道51的输入端相对于输出端近主通道输出端设置。

如此设置，既吸收氢气循环泵在系统全功率运行的优点，又利用了引射器在系统大功率下无功率消耗的特点，通过结构设计，不仅仅简单的集成，在空间上更为紧凑，在内部管道流阻更小，这样的设计装置更有利于满足车用需求。

如图5所示为原理图，本申请在小功率、中功率和大功率的三种工作状态如下：

a)在系统小功率下仅氢气循环泵运行，具体如下：压缩氢气通过引氢气入口由引射器喷嘴4，流到引射器出口11，此时氢气流量较小，引射器无引流。电堆内氢气通过第一连接端口9由端盖引射器进入到氢气循环泵中，并在电堆氢气入口11汇合流入电堆中；

b)在系统中功率范围内，引射器介入，也就是说引射器开始引流，氢气循环泵与引射器联合工作，具体如下：压缩氢气通过氢气入口由引射器喷嘴4射流到端盖引射器中，到达引射器出口11，然后进入电堆氢气入口。电堆内氢气通过电堆氢气出口经由第一连接端口9一部分由单向阀6引流后到引射器出口11；另一部分由氢气循环泵到引射器出口11。然后三路氢气一起进行电堆；

c)在系统大功率条件下，此时关闭氢气循环泵，仅有引射器进行工作，具体如下：压缩氢气通过氢气入口由引射器喷嘴4射流到端盖引射器中，电堆内氢气通过第一连接端口9全部由单向阀6引流到主通道，然后至引射器出口11，然后一并进入到电堆。

此三种状态是连续进行的，因此能够适应系统全功率运行。

在一些实施例中，引流通道51中还设有限位螺母7，限位螺母7设于单向阀6近引射器喷嘴4一侧，单向阀6通过限位螺母7固定在端盖引射器内，提高结构可靠性，并易于装配和更换。

在一些实施例中，端盖引射器还包括安全阀3，安全阀设于引射器壳体5上并与主通道的输出端或引射器出口11连通，一般的，安全阀3通过螺纹与引射器壳体5连接，安全阀3则保护氢气进入电堆的压力，若氢气压力过大，则氢气从安全阀泄压口8排出，如图5所示，安全阀泄压口8可以连接至尾排。

在一些实施例中，端盖引射器还包括温度传感器2和压力传感器1，温度传感器2和压力传感器1设于引射器壳体5上并位于主通道的输出端或引射器出口11中。一般的，温度传感器2和压力传感器1均通过螺纹与引射器壳体5连接，压力传感器1与温度传感器2能够时刻检测氢气进入电堆的温度与压力，提高控制的精细度以及效果。

本申请的另一种实施方式是提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统包括如上述的端盖引射器。

Claims (10)

1.一种氢气循环泵端盖引射器，其特征在于，包括引射器壳体(5)，以及设于引射器壳体上的引射器喷嘴(4)、引射器出口(11)、主通道、引流通道(51)、循环泵通道(54)、第一连接端口(9)和第二连接端口(13)，所述引射器喷嘴(4)的输入端连接至减压后的氢气源，引射器喷嘴(4)的输出端连接至主通道的入口，所述引射器出口(11)连接至主通道的出口，所述第一连接端口(9)的输入端连接至电堆氢气出口，一个输出端连接至引流通道(51)的输入端，另一个输出端连接至循环泵的入口，所述引流通道(51)中设有单向阀(6)，且引流通道(51)的输出端连接至主通道，所述第二连接端口(13)的输入端连接至循环泵的出口，输出端通过循环泵通道(54)连接至引射器出口(11)。

2.根据权利要求1所述的一种氢气循环泵端盖引射器，其特征在于，所述引流通道(51)中还设有限位螺母(7)，所述限位螺母(7)设于单向阀(6)近引射器喷嘴(4)一侧。

3.根据权利要求1所述的一种氢气循环泵端盖引射器，其特征在于，所述主通道包括依次连接的起始段、混合段(52)和扩展段(53)，所述引射器喷嘴(4)设于起始段中，所述引流通道(51)连通至起始段，所述起始段沿气流方向渐缩，所述扩展段(53)沿气流方向渐扩。

4.根据权利要求3所述的一种氢气循环泵端盖引射器，其特征在于，所述引射器喷嘴(4)的形状与起始段匹配。

5.根据权利要求1所述的一种氢气循环泵端盖引射器，其特征在于，所述引流通道(51)与主通道呈一夹角，且引流通道(51)的输入端相对于输出端近主通道输出端设置。

6.根据权利要求1所述的一种氢气循环泵端盖引射器，其特征在于，所述端盖引射器还包括安全阀(3)，所述安全阀设于引射器壳体(5)上并与主通道的输出端或引射器出口(11)连通。

7.根据权利要求6所述的一种氢气循环泵端盖引射器，其特征在于，所述安全阀(3)通过螺纹与引射器壳体(5)连接。

8.根据权利要求1所述的一种氢气循环泵端盖引射器，其特征在于，所述端盖引射器还包括温度传感器(2)和压力传感器(1)，所述温度传感器(2)和压力传感器(1)设于引射器壳体(5)上并位于主通道的输出端或引射器出口(11)中。

9.根据权利要求8所述的一种氢气循环泵端盖引射器，其特征在于，所述温度传感器(2)和压力传感器(1)均通过螺纹与引射器壳体(5)连接。

10.一种燃料电池系统，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一所述的端盖引射器。

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