CN114251309A - 引射器和具有其的燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种引射器和具有其的燃料电池系统，所述引射器包括：进气段、伸缩段和扩压段，所述进气段上设有高压流入口和循环气入口，所述扩压段上设有排气口，所述伸缩段的一端与所述进气段连通，所述伸缩段的另一端与所述扩压段连通，所述伸缩段沿其轴向可伸缩以调节所述进气段与所述扩压段之间的距离。本发明的引射器的适用范围较广、使用效果较好。

Description

引射器和具有其的燃料电池系统
技术领域
本发明涉及燃料电池的技术领域，具体地，涉及一种引射器和具有其的燃料电池系统。
背景技术
氢燃料电池系统的氢气循环路通常使用氢循环泵或引射器作为氢气循环的装置。氢循环泵虽然具有主动可控、运行稳定的优势，但是也存在加工制造难度大、成本高、密封可靠性低和会产生额外耗功等不足之处。相较之下，引射器由于其结构简单、可靠性高、成本低，且安装在系统中不会额外耗功，在氢燃料电池的氢气循环系统中受到较多研究人员的青睐，并且得到了日益广泛的应用。
在氢燃料电池系统的使用过程中，电池拉载功率经常发生改变，其运行功率涵盖了从怠速点到峰值点，特别是随着大功率燃料电池的研发趋势，引射器要求覆盖的功率范围越来越广。这对引射器在较宽功率范围内的工作可行性提出了较高的要求。但是当引射器的应用工况偏离一定的功率范围时，引射器的引射性能会快速降低。因此，相关技术中的引射器的应用范围较窄，不能满足多种工况的使用需求，适用性较差。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的实施例提出一种适用范围较广、使用效果较好的引射器。
本发明的实施例还提出一种燃料电池系统。
根据本发明的实施例的引射器包括：进气段、伸缩段和扩压段，所述进气段上设有高压流入口和循环气入口，所述扩压段上设有排气口，所述伸缩段的一端与所述进气段连通，所述伸缩段的另一端与所述扩压段连通，所述伸缩段沿其轴向可伸缩以调节所述进气段与所述扩压段之间的距离。
根据本发明的实施例的引射器，由于伸缩段沿其轴向可伸缩以调节进气段与扩压段之间的距离，从而可以改变引射器内的气体混合路径的长度，从而可以使得引射器满足不同工况下的使用需求，扩大了引射器的适用范围，且结构简单，实用性较好。
在一些实施例中，所述伸缩段为波纹管。
在一些实施例中，所述引射器还包括驱动件，所述驱动件用于驱动所述伸缩段伸缩。
在一些实施例中，所述驱动件包括伸缩杆和电机，所述伸缩杆的一端与所述扩压段相连，所述伸缩杆的另一端与所述电机相连，所述电机用于驱动所述伸缩杆伸缩，以带动所述扩压段靠近或远离所述进气段。
在一些实施例中，所述进气段上设有喷嘴管，所述喷嘴管与所述伸缩段位于同一轴线，所述高压流入口设于所述伸缩段上，所述循环气入口设于所述进气段的周壁且与所述伸缩段的轴向正交。
在一些实施例中，所述扩压段包括扩口部和直筒部，所述扩口部的一端与所述伸缩段连通，所述扩口部的另一端与所述直筒部连通，所述扩口部的横截面积沿朝向所述直筒部的方向逐渐增大，所述直筒部的横截面积为定值，所述排气口设于所述直筒部上。
根据本发明另一实施例的燃料电池系统，包括：氢气瓶、引射器、燃料电池堆和气水分离器，所述引射器为本发明的实施例中任一项所述的引射器，所述氢气瓶与所述高压流入口连通，所述排气口与所述燃料电池堆的进口连通，所述燃料电池堆的出口与所述气水分离器的进口连通，所述气水分离器的出口与所述循环气入口连通。
根据本发明另一实施例的燃料电池系统，由于伸缩段沿其轴向可伸缩以调节进气段与扩压段之间的距离，从而可以改变引射器内的气体混合路径的长度，从而可以使得引射器满足不同工况下的使用需求，扩大了引射器的适用范围，且结构简单，实用性较好。
在一些实施例中，所述燃料电池系统还包括截止阀、减压阀和喷氢阀，所述截止阀、所述减压阀和所述喷氢阀设于所述氢气瓶和所述引射器之间的连接管路上。
附图说明
图1是本发明的实施例的引射器的示意图。
图2是本发明的实施例的燃料电池系统的示意图。
图3是本发明的实施例的燃料电池系统的燃料电池堆的功率与伸缩段的长度的曲线图。
附图标记：
10、引射器；11、进气段；111、高压流入口；112、循环气入口；113、喷嘴管；12、伸缩段；13、扩压段；131、排气口；132、扩口部；133、直筒部；14、驱动件；141、电机；142、伸缩杆；
20、氢气瓶；
30、燃料电池堆；
40、气水分离器；
50、截止阀；60、减压阀；70、喷氢阀。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图1-3描述根据本发明实施例的引射器和具有其的燃料电池系统。
如图1所示，根据本发明实施例的引射器10，包括进气段11、伸缩段12和扩压段13，进气段11上设有高压流入口111和循环气入口112，扩压段13上设有排气口131，伸缩段12的一端（如图1中伸缩段12的左端）与进气段11连通，伸缩段12的另一端（如图1中伸缩段12的右端）与扩压段13连通，伸缩段12沿其轴向可伸缩以调节进气段11与扩压段13之间的距离。
根据本发明的实施例的引射器10，由于伸缩段12沿其轴向可伸缩以调节进气段11与扩压段13之间的距离，从而可以改变引射器10内的气体混合路径的长度，从而可以使得引射器10满足不同工况下的使用需求，扩大了引射器10的适用范围，且结构简单，实用性较好。
可以理解的是，如图1所示，本发明的实施例的引射器10的伸缩段12沿其轴向上的横截面积为定值，以保证引射器10内气体混合的均匀程度，并且伸缩段12沿其轴向上的尺寸可调。本申请的发明人通过试验研究发现，伸缩段12的长度对引射性能存在较大的影响。在一个功率工况下，引射器10的引射性能随着伸缩段12的长度的增大先增后减，即存在一个最优的伸缩段12长度使得引射比达到最佳。这个伸缩段12长度的最优解并不是固定不变，而是随着功率工况的改变而改变。因此，本发明的实施例的引射器10可以实现在不同的功率工况下始终使得伸缩段12的长度维持在最优的状态，从而提高引射器10的引射性能。
可选地，如图1所示，伸缩段12为波纹管，可以理解的是，波纹管为可伸缩的柔性管，且波纹管的横截面积沿其长度方向上恒定。其中，波纹管与进气段11和扩压段13之间采用密封结构进行连接，以保证引射器10的气密性要求。相比于现有技术中的引射器10，本发明的实施例的引射器10没有使用复杂的装配件作为引射器10的结构改造部件，且结构简单，气密性较好，减少了引射器10在使用过程中的安全隐患，实用性较好。
在一些实施例中，如图1所示，引射器10还包括驱动件14，驱动件14用于驱动伸缩段12伸缩，从而可以提高引射器10调节时的自动化程度，使得引射器10的使用效果较好。
具体地，驱动件14包括伸缩杆142和电机141，伸缩杆142的一端（如图1中伸缩杆142的左端）与扩压段13相连，伸缩杆142的另一端（如图1中伸缩杆142的右端）与电机141相连，电机141用于驱动伸缩杆142伸缩以带动扩压段13靠近或远离进气段11。可以理解的是，进气段11可以相对固定，电机141驱动伸缩杆142伸出，以使得扩压段13靠近进气段11，从而使得伸缩段12缩短。同理，电机141驱动伸缩杆142缩回，以使得扩压段13远离进气段11，从而使得伸缩段12伸长。
例如，如图1所示，伸缩杆142可以与扩压段13焊接，从而提高了伸缩杆142与扩压段13连接的稳定性，且加工和制造简单，成本较低。
在一些实施例中，如图1所示，进气段11上设有喷嘴管113，喷嘴管113与伸缩段12位于同一轴线，高压流入口111设于喷嘴管113上，循环气入口112设于进气段11的周壁且与伸缩段12的轴向正交。可以理解的是，高压流入口111设于喷嘴管113的左端，喷嘴管113的右端朝向伸缩段12伸出。由于循环气入口112设于进气段11的周壁且与伸缩段12的轴向正交，从而可以使得循环气入口112和高压流入口111进入至进气段11的气体更好的混合，使得引射器10的使用效果更好。
进一步地，如图1所示，扩压段13包括扩口部132和直筒部133，扩口部132的一端（如图1中扩口部132的左端）与伸缩段12连通，扩口部132的另一端（如图1中扩口部132的右端）与直筒部133连通，扩口部132的横截面积沿朝向直筒部133的方向逐渐增大，直筒部133的横截面积为定值，排气口131设于直筒部133上。可以理解的是，经过伸缩段12混合后的气体依次经过扩口部132和直筒部133之后由排气口131排出。
如图1和图2所示，根据本发明另一实施例的燃料电池系统，包括氢气瓶20、引射器10、燃料电池堆30和气水分离器40，引射器10为本发明的引射器10，氢气瓶20与高压流入口111连通，排气口131与燃料电池堆30的进口连通，燃料电池堆30的出口与气水分离器40的进口连通，气水分离器40的出口与循环气入口112连通。
本发明的实施例的燃料电池系统，由于引射器10的伸缩段12沿其轴向可伸缩以调节进气段11与扩压段13之间的距离，从而可以改变引射器10内的气体混合路径的长度，从而可以使得引射器10满足不同工况下的使用需求，扩大了引射器10的适用范围，且结构简单，实用性较好。
可以理解的是，氢气瓶20内的氢气由高压流入口111进入至引射器10内，气水分离器40的出口分离出的气体由循环气入口112进入至引射器10内，两者气体混合之后由引射器10的排气口131排出，并进入至燃料电池堆30内。氢气在燃料电池堆30中与阴极侧的氧气发生电化学反应产生电能，没有被消耗的氢气携带有产生的液态水和水蒸气从燃料电池堆30中排出，产生需要被循环的循环气。循环气是含有液态水滴、氢气等的气液两相流体，循环氢气进入引射器10之前需要使用气水分离器40将液态水分离出，从燃料电池堆30排出的含有液滴的循环气进入气水分离器40之后分离出液滴，剩余的氢气等气体进入至引射器10内以进行循环利用。
具体地，燃料电池系统还包括截止阀50、减压阀60和喷氢阀70，截止阀50、减压阀60和喷氢阀70设于氢气瓶20和引射器10之间的连接管路上。本发明的实施例的燃料电池系统通过设置截止阀50、减压阀60和喷氢阀70对氢气瓶20进入至引射器10的氢气进行调节，使得燃料电池系统的使用效果更好。
具体地，如图3所示，燃料电池堆30的功率为P，伸缩段12沿其轴向的长度为L，L和P成正比且大体满足图3所示的样条曲线。本申请的发明人通过试验研究发现，当燃料电池堆30的功率P和伸缩段12满足上述曲线时可以使得燃料电池系统的使用效果更好。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征 “上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种引射器，其特征在于，包括进气段、伸缩段和扩压段，所述进气段上设有高压流入口和循环气入口，所述扩压段上设有排气口，所述伸缩段的一端与所述进气段连通，所述伸缩段的另一端与所述扩压段连通，所述伸缩段沿其轴向可伸缩以调节所述进气段与所述扩压段之间的距离。
2.根据权利要求1所述的引射器，其特征在于，所述伸缩段为波纹管。
3.根据权利要求1所述的引射器，其特征在于，所述引射器还包括驱动件，所述驱动件用于驱动所述伸缩段伸缩。
4.根据权利要求3所述的引射器，其特征在于，所述驱动件包括伸缩杆和电机，所述伸缩杆的一端与所述扩压段相连，所述伸缩杆的另一端与所述电机相连，所述电机用于驱动所述伸缩杆伸缩，以带动所述扩压段靠近或远离所述进气段。
5.根据权利要求1所述的引射器，其特征在于，所述进气段上设有喷嘴管，所述喷嘴管与所述伸缩段位于同一轴线，所述高压流入口设于所述喷嘴管上，所述循环气入口设于所述进气段的周壁且与所述伸缩段的轴向正交。
6.根据权利要求1所述的引射器，其特征在于，所述扩压段包括扩口部和直筒部，所述扩口部的一端与所述伸缩段连通，所述扩口部的另一端与所述直筒部连通，所述扩口部的横截面积沿朝向所述直筒部的方向逐渐增大，所述直筒部的横截面积为定值，所述排气口设于所述直筒部上。
7.一种燃料电池系统，其特征在于，包括：氢气瓶、引射器、燃料电池堆和气水分离器，所述引射器为权利要求1-6中任一项所述的引射器，所述氢气瓶与所述高压流入口连通，所述排气口与所述燃料电池堆的进口连通，所述燃料电池堆的出口与所述气水分离器的进口连通，所述气水分离器的出口与所述循环气入口连通。
8.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括截止阀、减压阀和喷氢阀，所述截止阀、所述减压阀和所述喷氢阀设于所述氢气瓶和所述引射器之间的连接管路上。
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