CN113782773A - 一种基于电磁控制阀的燃料电池用的变流量式引射器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种基于电磁控制阀的燃料电池用的变流量式引射器，包括引射器主体、环形主副式喷嘴主体、主气道电磁控制阀，引射器主体内部包括依次相通的吸入室、混合室、扩压室、混合气体出口，引射器主体的吸入室与端部之间设置环形主副式喷嘴主体，环形主副式喷嘴主体包括环形主喷嘴、环形副喷嘴，环形主喷嘴内部形成引射流主气道，环形副喷嘴和环形主喷嘴之间形成引射流辅助气道，引射流主气道里设置主气道电磁控制阀。本发明通过控制电磁阀的通断控制进口氢气的流通截面积，实现小负荷时氢气小流量流通，大负荷时氢气大流量流通，实现引射器工作性能的自动调整，适应燃料电池全工况对氢气循环的需求。

Description

一种基于电磁控制阀的燃料电池用的变流量式引射器

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的变流量式引射器。

背景技术

随着全球经济的不断发展，人们对能源的需求也与日俱增，消耗传统能源的同时也产生大量污染，开发可代替传统能源的清洁能源越来越重要。燃料电池是把化学能直接转化为电能的发电装置，具有能量转换效率高、启动快、零污染、运行平稳以及噪声小等优点，是传统能源理想的替代品。

在燃料电池工作过程中，一般采用过量的氢气供应以实现高效发电，所以燃料电池中通常需要采用氢气循环装置实现过量氢气的喷射和回收利用。目前氢气循环装置通常采用齿轮传动、电机驱动等形式，这会导致泵内摩擦、耗功大、密封困难的问题出现。引射器是一种利用高速高能流引射低速低能流的装置，能量传递方式是引射流把能量传递给被引射流，不存在上述耗功大、密封困难等问题，所以可被应用在燃料电池过量氢气喷射和回收利用上。

中国专利“一种可调式工作喷嘴的燃料电池引射器”(授权公告号CN112901566A)提出一种工作喷嘴可调式引射器，该引射器工作喷嘴能够沿引射器主体的中轴线方向水平前后移动，通过改变喷嘴出口与引射器喉部之间的距离，实现对工作喷嘴的调节。其缺点是引射流较小时，改变喷嘴出口与引射器喉部之间的距离难以对引射性能进行提高。

中国专利“一种喷嘴截面面积可变的引射器装置”(授权公告号CN112145486A)提出一种喷嘴截面积可变的引射器装置，通过旋转引射器壳体外部的调节旋钮，可使孔径调节球内不同口径通道与口径通道相通，调节喷嘴横截面积。其缺点是连接杆与引射器壳体之间难以实现良好的密封，且引射性能受到引射器固定的几何结构的限制。

从目前的专利分析可以看到，传统引射器在应用中当引射流较小时和引射器几何结构固定后，难以适应燃料电池全工况对氢气循环的需求。因此，如何保证在全工况下引射器的引射效果，即拓宽引射器的工作范围是引射器研究的重点。

发明内容

本发明的目的在于提供确保引射器在不同工况下均实现良好的引射效果和引射效率的一种基于电磁控制阀的燃料电池用的变流量式引射器。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种基于电磁控制阀的燃料电池用的变流量式引射器，其特征是：包括引射器主体、环形主副式喷嘴主体、主气道电磁控制阀，引射器主体内部包括依次相通的吸入室、混合室、扩压室、混合气体出口，引射器主体的吸入室与端部之间设置环形主副式喷嘴主体，环形主副式喷嘴主体包括环形主喷嘴、环形副喷嘴，环形主喷嘴内部形成引射流主气道，环形副喷嘴和环形主喷嘴之间形成引射流辅助气道，引射流主气道里设置主气道电磁控制阀。

本发明还可以包括：

1、环形副喷嘴外壁的圆筒部分与引射器主体内壁紧贴，并与引射器主体相固定，引射流主气道的端部为一级喷口，引射流辅助气道的端部为二级喷口，引射器主体设置被引射流入口，一级喷口、二级喷口位于被引射流入口上方并与吸入室相通。

2、所述主气道电磁控制阀包括阀壳，阀壳里设置电磁线圈和阀杆，阀杆的尾部位于电磁线圈中，阀杆的头部伸出至阀壳外部，阀杆的头部安装球阀，球阀与引射流主气道相配合，阀杆上套有衔铁滑动盘，衔铁滑动盘与电磁线圈之间的阀杆上套有弹簧。

3、主气道电磁控制阀未接通电源时，弹簧顶住衔铁滑动盘使其处于运动的下止点处，主气道电磁控制阀控制球阀关闭引射流主气道，工作氢气通过环形主副式喷嘴主体中的渐缩式辅助气体通道进入引射器主体内部，经过混合室、扩压室，最后流出混合气体出口；

主气道电磁控制阀接通电源后，电磁线圈产生电磁力吸引衔铁滑动盘，弹簧被压缩，直到引射主流气道被完全打开，此时衔铁滑动盘处于其运动的上止点处，工作氢气一部分从引射流二级入口进入环形主副式喷嘴主体中的渐缩式辅助气体通道，随后进入引射器主体引射低压气体，另一部分从引射流一级入口进入引射流主气道，随后进入引射器主体引射低压气体，引射主流气道、引射流辅助气道同时流通氢气，经过混合室、扩压室，最后流出引射器。

本发明的优势在于：本发明可以根据燃料电池在不同工况下所需的氢气流量，通过控制电磁阀的通断控制进口氢气的流通截面积，实现小负荷时氢气小流量流通，大负荷时氢气大流量流通，实现引射器工作性能的自动调整，适应燃料电池全工况对氢气循环的需求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为引射器中的主气道电磁控制阀结构示意图；

图3为引射器中的环形主副式喷嘴主体结构示意图；

图4为较低氢气流量时引射器的球阀所处位置示意图；

图5为较高氢气流量时引射器的球阀所处位置示意图。

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：引射器主体1、环形主副式喷嘴主体2、主气道电磁控制阀3。

所述引射器主体1包括引射器端盖11、引射流一级入口12、引射流二级入口13、被引射流入口14、吸入室15、混合室16、扩压室17和混合气体出口18；引射器主体1内沿轴线方向从右到左分别为引射器端盖11、引射流一级入口12、引射流二级入口13、吸入室15、混合室16、扩压室17、混合气体出口18。引射器端盖11通过螺栓连接在引射器右端，引射流一级入口12与引射流二级入口13设置在引射器端盖11上，内圈8个一级环形入口12，外圈8个二级环形入口13，两级入口呈圆环形布置且具有相同圆心，连接外部管道输入高压工作流体进入引射器，被引射流入口14设置在靠近吸入室15的下侧壁面，环形副喷嘴22插入到引射器主体1内部用螺栓连接，燃料电池处于小功率工况或氢气量较小时，高压工作流体通过环形主副式喷嘴主体2中的渐缩式辅助气体通道26进入引射器主体1内部。

所述环形主副式喷嘴主体2包括环形主喷嘴21、环形副喷嘴22、一级喷口23、二级喷口24、引射流主气道25、引射流辅助气道26、阀座27；环形主喷嘴21放置在环形副喷嘴22内部，通过螺栓与引射器端盖11连接，环形副喷嘴22外壁圆筒部分与引射器主体1紧贴，通过螺栓与引射器主体1连接，一级喷口23呈圆形设置靠近吸入室15处，二级喷口24呈圆环形设置在靠近吸入室15处且环绕着一级喷口23，引射流主气道25为渐缩形，设置在环形主喷嘴21上靠近吸入室15一侧，环形主喷嘴21和副喷嘴22之间的环形渐缩式工作空腔为引射流辅助气道26，阀座27设置在环形主喷嘴21上引射器主气道25的最左端，球阀31左端压在阀座27处并密封，球阀31由主气道电磁控制阀3控制，改变流体流通面积大小，在不同负荷下通过燃料电池所需的不同氢气流量。

所述主气道电磁控制阀3包括球阀31、阀杆32、衔铁滑动盘33、弹簧34、电磁线圈35、铁芯36和阀壳37，主气道电磁控制阀阀壳37的底座与引射器端盖11通过螺栓固定连接，球阀31和衔铁滑动盘33与阀杆32之间均通过螺纹连接，衔铁滑动盘33带动阀杆32水平移动，从而实现球阀31的开启和关闭，弹簧34连接衔铁滑动盘33和电磁线圈35部分，未接通电路时，弹簧34顶住衔铁滑动盘33，球阀31左端压在环形主副式喷嘴主体2的阀座27处并密封。阀壳37的左端厚大部分为阀杆32提供一个导向和支撑作用，阀壳37左端顶部与环形主副式喷嘴主体2的阀座27之间的距离为D，D减去球阀直31径d即为球阀31最大可移动的距离或弹簧34的最大形变量，电磁线圈35和铁芯36安装在阀壳37内部底座上。

当燃料电池处于小负荷或所需氢气量较小时，主气道电磁控制阀3不接通电源，弹簧34顶住衔铁滑动盘33使其处于运动的下止点处，主气道电磁控制阀3控制球阀31关闭引射流主气道25，球阀31压在环形主副式喷嘴主体2的阀座27处并密封，此时工作氢气通过环形主副式喷嘴主体2中的渐缩式辅助气体通道26进入引射器主体1内部，经过混合室16、扩压室17，最后流出引射器，实现小负荷时氢气小流量流通。

当燃料电池处于大负荷或所需氢气量较大时，主气道电磁控制阀3接通电源，电磁线圈35产生电磁力吸引衔铁滑动盘33，弹簧34被压缩，直到引射主流气道25被完全打开，此时衔铁滑动盘33处于其运动的上止点处。工作氢气一部分从引射流二级入口13进入环形主副式喷嘴主体2中的渐缩式辅助气体通道26，随后进入引射器主体1引射低压气体，另一部分从引射流一级入口12进入引射流主气道25，随后进入引射器主体1引射低压气体，两引射流通道同时流通氢气，经过混合室16、扩压室17，最后流出引射器，实现大负荷时氢气大流量流通。

如图4和图5所示，当氢气流量较小时，引射器的球阀31处于图4所示位置，当氢气流量较大时，引射器的球阀31处于图5所示位置，实现主气道电磁控制阀3对实际通气截面积大小的控制，从而实现小负荷时氢气小流量流通，大负荷时氢气大流量流通，实现引射器工作性能的调整，适应燃料电池全工况对氢气循环的需求。

引射器主体1与环形副喷嘴22之间具有防止氢气泄露的第一密封件。

引射器端盖11与环形副喷嘴22连接的螺栓连接件具有防止氢气泄露的第二密封件。

阀座27与球阀31之间具有防止氢气泄露的第三密封件。

Claims (4)

1.一种基于电磁控制阀的燃料电池用的变流量式引射器，其特征是：包括引射器主体、环形主副式喷嘴主体、主气道电磁控制阀，引射器主体内部包括依次相通的吸入室、混合室、扩压室、混合气体出口，引射器主体的吸入室与端部之间设置环形主副式喷嘴主体，环形主副式喷嘴主体包括环形主喷嘴、环形副喷嘴，环形主喷嘴内部形成引射流主气道，环形副喷嘴和环形主喷嘴之间形成引射流辅助气道，引射流主气道里设置主气道电磁控制阀。

2.根据权利要求1所述的一种基于电磁控制阀的燃料电池用的变流量式引射器，其特征是：环形副喷嘴外壁的圆筒部分与引射器主体内壁紧贴，并与引射器主体相固定，引射流主气道的端部为一级喷口，引射流辅助气道的端部为二级喷口，引射器主体设置被引射流入口，一级喷口、二级喷口位于被引射流入口上方并与吸入室相通。

3.根据权利要求2所述的一种基于电磁控制阀的燃料电池用的变流量式引射器，其特征是：所述主气道电磁控制阀包括阀壳，阀壳里设置电磁线圈和阀杆，阀杆的尾部位于电磁线圈中，阀杆的头部伸出至阀壳外部，阀杆的头部安装球阀，球阀与引射流主气道相配合，阀杆上套有衔铁滑动盘，衔铁滑动盘与电磁线圈之间的阀杆上套有弹簧。

4.根据权利要求3所述的一种基于电磁控制阀的燃料电池用的变流量式引射器，其特征是：主气道电磁控制阀未接通电源时，弹簧顶住衔铁滑动盘使其处于运动的下止点处，主气道电磁控制阀控制球阀关闭引射流主气道，工作氢气通过环形主副式喷嘴主体中的渐缩式辅助气体通道进入引射器主体内部，经过混合室、扩压室，最后流出混合气体出口；

主气道电磁控制阀接通电源后，电磁线圈产生电磁力吸引衔铁滑动盘，弹簧被压缩，直到引射主流气道被完全打开，此时衔铁滑动盘处于其运动的上止点处，工作氢气一部分从引射流二级入口进入环形主副式喷嘴主体中的渐缩式辅助气体通道，随后进入引射器主体引射低压气体，另一部分从引射流一级入口进入引射流主气道，随后进入引射器主体引射低压气体，引射主流气道、引射流辅助气道同时流通氢气，经过混合室、扩压室，最后流出引射器。

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