CN114447371A - 一种氢喷射器和氢喷嘴结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氢喷射器和氢喷嘴结构。氢喷射器包括：氢喷嘴、氢喷体、高压传感器、中压传感器。所述氢喷嘴包括主喷嘴和旁通喷嘴。通过所述多个主喷嘴和多个旁通喷嘴将氢喷体分成高压腔、中压腔、低压腔。所述氢喷体可以为整体式或分体式结构，通过收集燃料电池的工况数据和监测压力来协调控制氢喷嘴针阀的开启数量与喷射时间。本发明采用了不同形式的密封结构、不同结构的氢喷嘴以及多个氢喷嘴协调喷射解决了氢喷射器在大功率燃料电池系统中高压力、大流量工况下稳定性差、响应速度慢、密封性能差的问题，防止氢喷嘴流道易堵塞、密封件易损坏、氢喷体内易积水等问题的发生，提高了喷射器电磁线圈的寿命和流量的稳定输出。
Description
技术领域
本发明涉及新能源技术领域，具体而言，涉及一种氢喷射器和氢喷嘴结构。
背景技术
燃料电池系统由燃料电池堆，氢气供应系统，空气供应系统等组成，氢气供应系统又包括了储氢瓶，减压阀，氢喷射器，氢引射器等组成部分。氢喷射器是氢气供应系统中的重要组成部分，影响着燃料电池堆中的反应效率以及余氢的回收利用率。较为成熟的氢喷射器主要集中在小功率燃料电池系统中，而适用于大功率燃料电池系统的高压、大流量氢喷射器还未处于成熟阶段。
随着燃料电池技术的逐渐成熟，燃料电池的输出功率逐步增大，对氢喷射器的工作压力和输出流量要求越来越高。目前市场上的氢喷射器存在着工作压力较低、输出流量小、密封性差、输出流量稳定性差、响应速度慢等问题，无法满足燃料电池向大功率发展的需求。同时存在氢喷嘴流道易堵塞、密封件易损坏等问题。因此，亟需开发一种新型的氢喷射器和氢喷嘴，来满足燃料电池技术发展的需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种氢喷射器和氢喷嘴结构，第一个目的在于能够防止氢喷嘴流道易堵塞、密封件易损坏、氢喷体内易积水等问题的发生。第二个目的在于能够满足大功率燃料电池系统中高压力、大流量工况下稳定性好、响应速度快、密封性能好的氢喷射器。第三个目的在于提高喷射器电磁线圈的寿命和输出稳定的流量。
为达到上述第一个目的，本发明采用如下技术方案：
一种氢喷射器由氢喷体、高压传感器、中压传感器、氢喷嘴组成，所述氢喷嘴包括主喷嘴和旁通喷嘴，所述氢喷体由高压腔、中压腔、低压腔组成，所述高压腔、中压腔分别装有高压传感器、中压传感器，所述氢喷体的高压腔、中压腔、低压腔分别有高压进气口、中压出气口、低压出气口，所述氢喷体高压腔设有加强筋，所述加强筋并未将所述高压腔分割成两个独立的、不相通的高压腔，所述中压腔的中压泄流面、所述低压腔的低压泄流面分别与水平面成一定的角度，角度范围为0~45°，防止所述中压腔、低压腔内的水汽积水排不出去，旁通喷嘴主要用于在低功率工况下吹扫电堆中产生的液态水，通过挖孔、填孔或其它形式使得所述氢喷体可以为整体式结构或分体式结构，所述整体式结构为单个整体零件，所述分体式结构是将氢喷体分为多个零件连接而成，保证所述氢喷体的高压腔容积不宜过小，保证所述氢喷体中压腔、低压腔的容积不宜过大。
优选的，上述主喷嘴、旁通喷嘴安装在氢喷体上，通过所述密封组件中阀体上的下端密封圈防止气体从所述高压腔泄漏到所述中压腔或所述低压腔，通过所述密封组件中阀体上的上端密封圈防止气体从所述高压腔泄漏到环境中。
为达到上述第二个目的，本发明采用如下技术方案：
优选的，上述氢喷嘴结构由电磁线圈组件、运动组件和密封组件构成，所述运动组件通过针阀弹簧安装在所述电磁线圈组件中，所述密封组件通过复位弹簧与所述运动组件连接，所述运动组件可在所述密封组件与所述电磁线圈组件之间上下运动，所述氢喷嘴结构在所述电磁线圈组件未通电时，所述运动组件与所述密封组件形成密封，此时所述氢喷嘴中的针阀处于闭合状态，所述氢喷嘴结构在所述电磁线圈组件通电后会与所述运动组件形成闭合磁路产生电磁力，使得所述运动组件向上运动与所述密封组件分离，此时所述氢喷嘴处于开启状态。
优选的，上述电磁线圈组件由线圈、压紧螺母、喷嘴紧帽、弹簧上座、隔磁套、喷嘴体连接组成，所述隔磁套分别与所述喷嘴紧帽、所述喷嘴体连接。
优选的，上述运动组件由衔铁与针阀组成，所述衔铁套在所述针阀上，当所述电磁线圈组件通电时，所述衔铁能够带动所述针阀向上运动，所述针阀与所述密封组件密封面分离，所述运动组件中的衔铁端面为圆锥面或平面，所述运动组件中的衔铁与所述电磁线圈组件中的喷嘴紧帽之间存有余隙，当所述电磁线圈组件断电时，所述针阀在所述针阀弹簧弹簧力的作用下向下运动，所述针阀停止后，所述衔铁能继续运动，降低所述针阀底部端面与所述密封组件上端面的磨损，从而提高密封效果。
优选的，上述运动组件中的针阀中存在平衡孔，所述针阀中的平衡孔使得所述运动组件中衔铁与所述电磁阀组件形成的腔体和所述阀体的进气孔处的腔体相通，所述运动组件与所述密封组件中阀体之间形成的腔体和所述阀体的进气孔腔体相通，此相通的通道可以为所述针阀与所述阀体之间的配合间隙通道，也可为其它形式的通道。
优选的，上述密封组件由阀体、密封垫、阀座组成，所述密封垫先安装在所述阀座上的密封槽处，再由所述阀座安装在所述阀体下端的孔处，所述氢喷嘴在所述电磁线圈组件断电时，所述运动组件中的针阀与所述密封组件中的密封垫上端面形成软密封，与所述密封组件中的阀座上端面形成轴向定位，提高了密封性能，所述密封组件的密封形式可以为平面密封、锥面密封、球面密封。
为达到上述第三个目的，本发明采用如下技术方案：
优选的，上述氢喷体中安装的所述主喷嘴、所述旁通喷嘴的数量分别控制在2~6个。通过多个所述主喷嘴或所述旁通喷嘴的开启-关闭来降低氢喷射器所述线圈的温度。
优选的，上述氢喷体安装的所述中压传感器监测所述氢喷体上所述中压腔内的压力值，通过控制所述主喷嘴上针阀的开启数量与喷射时间来维持所述中压腔内的压力值在目标范围内，若所述中压腔内的压力值大于所述中压腔内压力目标上限值时，全部所述主喷嘴上的所述针阀落座至所述密封组件的密封垫形成密封，所述高压腔与所述中压腔之间的通道处于关闭状态，若所述中压腔内的压力值小于所述中压腔内压力目标下限值时，全部所述主喷嘴上的所述针阀上升离开所述密封组件的密封垫，所述高压腔与所述中压腔之间的通道处于开启状态，所述高压腔内的介质以最快的速度流向所述中压腔以补充压力，保证输出稳定的流量。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，使得本发明的其它特征、目的和优点变得更明显。本发明的示意性实施例附图及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例的氢喷嘴结构图；
图2是本发明实施例氢喷嘴结构的电磁线圈组件示意图；
图3是本发明实施例氢喷嘴结构的运动组件示意图；
图4是本发明实施例氢喷嘴结构的密封组件示意图；
图5是本发明实施例的氢喷嘴开启工作示意图；
图6是本发明实施例的氢喷嘴变型结构图；
图7是本发明实施例的氢喷嘴针阀平面密封结构图；
图8是本发明实施例的氢喷嘴针阀锥面密封结构图；
图9是本发明实施例的氢喷嘴针阀锥面密封变型结构图；
图10是本发明实施例的氢喷嘴针阀球面密封结构图；
图11是本发明实施例的氢喷射器结构图；
图12是本发明实施例的氢喷射器工作示意图。
附图标号含义：01喷嘴体；02阀体；03阀座；04密封垫；05复位弹簧；06针阀；07衔铁；08隔磁套；09针阀弹簧；10线圈；11弹簧上座；12喷嘴紧帽；13压紧螺母；14进气孔；15出气流量孔；16平衡孔；17密封座；18压紧块；19氢喷体；20加强筋；21高压腔；22中压腔；23低压腔；24高压进气口；25中压出气口；26低压出气口；27高压传感器；28 低压泄流面；29 中压传感器；30 上端密封圈；31 下端密封圈；32中压泄流面；001 氢喷嘴；002 氢喷嘴； 003主喷嘴；004旁通喷嘴；005 电磁线圈组件；006 运动组件；007 密封组件；008 氢喷射器。
具体实施方式
本发明所要解决的技术问题是：提供一种氢喷射器和氢喷嘴结构，第一个目的在于能够防止氢喷嘴流道易堵塞、密封件易损坏、氢喷体内易积水等问题的发生。第二个目的在于能够满足大功率燃料电池系统中高压力、大流量工况下稳定性好、响应速度快、密封性能好的氢喷射器。第三个目的在于提高喷射器电磁线圈的寿命和输出稳定的流量。
为了更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
需要说明的是，本发明所用的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本发明中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1-12为本发明的一种具体实施例。本发明提供一种喷射器008由氢喷体19、高压传感器27、中压传感器29、氢喷嘴001组成，所述氢喷嘴001包括主喷嘴003和旁通喷嘴004，所述氢喷体19由高压腔21、中压腔22、低压腔23组成，所述高压腔21、中压腔22分别装有高压传感器27、中压传感器29，所述氢喷体19的高压腔21、中压腔22、低压腔23分别有高压进气口24、中压出气口25、低压出气口26，所述氢喷体19的高压腔21设有加强筋20，所述加强筋20并未将所述高压腔21分割成两个独立的、不相通的高压腔21，所述中压腔22的中压泄流面32、所述低压腔23的低压泄流面28分别与水平面成一定的角度，角度范围为0~45°，防止所述中压腔22、低压腔23内的水汽积水排不出去，旁通喷嘴主要用于在低功率工况下吹扫电堆中产生的液态水，旁通喷嘴004主要用于在低功率工况下吹扫电堆中产生的液态水，所述氢喷体19可以为整体式结构或分体式结构，所述整体式结构为单个整体零件，所述分体式结构是将氢喷体19分为多个零件连接而成，保证所述氢喷体19的高压腔21容积不宜过小，保证所述氢喷体19中压腔22、低压腔23的容积不宜过大。
优选的，上述主喷嘴003、旁通喷嘴004安装在氢喷体19上，通过所述密封组件007中阀体02上的下端密封圈31防止气体从所述高压腔21泄漏到所述中压腔22或所述低压腔23，通过所述密封组件007中阀体02上的上端密封圈30防止气体从所述高压腔21泄漏到环境中，所述密封组件007中阀座03上的出气流量孔15的最小孔径位于所述阀座03下端面，远离所述密封垫04。
优选的，上述氢喷嘴001结构由电磁线圈组件005、运动组件006和密封组件007构成，所述运动组件006通过针阀弹簧09安装在所述电磁线圈组件005中，所述密封组件007通过复位弹簧05与所述运动组件006连接，所述运动组件006可在所述密封组件007与所述电磁线圈组件005之间上下运动，所述氢喷嘴001结构在所述电磁线圈组件005未通电时，所述运动组件006与所述密封组件007形成密封，此时所述氢喷嘴001中的针阀06处于闭合状态，所述氢喷嘴001结构在所述电磁线圈组件005通电后会与所述运动组件006形成闭合磁路产生电磁力，使得所述运动组件006向上运动与所述密封组件007分离，此时所述氢喷嘴001处于开启状态。
优选的，上述电磁线圈组件005由线圈10、压紧螺母13、喷嘴紧帽12、弹簧上座11、隔磁套08、喷嘴体01连接组成，所述隔磁套08分别与所述喷嘴紧帽12、所述喷嘴体01连接。
优选的，上述运动组件006由衔铁07与针阀06组成，所述衔铁07套在所述针阀06上，当所述电磁线圈组件005通电时，所述衔铁07能够带动所述针阀06向上运动，所述针阀06与所述密封组件007密封面分离，所述运动组件006中的衔铁07端面为圆锥面或平面，所述运动组件006中的衔铁07与所述电磁线圈组件005中的喷嘴紧帽12之间存有余隙，当所述电磁线圈组件005断电时，所述针阀06在所述针阀弹簧09弹簧力的作用下向下运动，所述针阀06停止后，所述衔铁07能继续运动，降低所述针阀06底部端面与所述密封组件007上端面的磨损，从而提高密封效果。
优选的，上述运动组件中006的针阀06中存在平衡孔16，所述针阀06中的平衡孔16使得所述运动组件006中衔铁07与所述电磁阀组件005形成的腔体和所述阀体02的进气孔14处的腔体相通，所述运动组件006与所述密封组件007中阀体02之间形成的腔体和所述阀体02的进气孔14腔体相通，此相通的通道可以为所述针阀06与所述阀体02之间的配合间隙通道，也可为其它形式的通道。
优选的，上述密封组件007由阀体02、密封垫04、阀座03组成，所述密封垫04先安装在所述阀座03上的密封槽处，再由所述阀座03安装在所述阀体02下端的孔处，所述氢喷嘴001在所述电磁线圈组005件断电时，所述运动组件006中的针阀06与所述密封组件007中的密封垫04上端面形成软密封，与所述密封组件007中的阀座03上端面形成轴向定位，提高了密封性能，所述密封组件007的密封形式可以为平面密封、锥面密封、球面密封。
优选的，上述氢喷体19中安装的所述主喷嘴003、所述旁通喷嘴004的数量分别控制在2~6个。通过多个所述主喷嘴003或所述旁通喷嘴004的开启-关闭来降低氢喷射器008所述线圈10的温度。
优选的，上述氢喷体19安装的所述中压传感器29监测所述氢喷体19上所述中压腔22内的压力值，通过控制所述主喷嘴003上针阀06的开启数量来维持所述中压腔22内的压力值在目标范围内，若所述中压腔22内的压力值大于所述中压腔22内压力目标上限值时，全部所述主喷嘴003上的所述针阀06落座至所述密封组件007的密封垫04形成密封，所述高压腔21与所述中压腔22之间的通道处于关闭状态，若所述中压腔22内的压力值小于所述中压腔22内压力目标下限值时，全部所述主喷嘴003上的所述针阀06上升离开所述密封组件007的密封垫04，所述高压腔21与所述中压腔22之间的通道处于开启状态，所述高压腔21内的介质以最快的速度流向所述中压腔22以补充压力，保证输出稳定的流量。
本发明中，上述氢喷嘴001的变型结构为氢喷嘴002结构，所述针阀06嵌套在所述衔铁07上，所述针阀06与所述衔铁07之间可以是完全无间隙接触的，也可以是带间隙接触的，见图6。
本发明中，存在四种上述氢喷嘴001或氢喷嘴002的密封变形结构，第一种所述氢喷嘴001或氢喷嘴002的针阀06密封变形结构如图7所示，所述密封垫04嵌套在所述针阀06上，所述密封垫04与所述阀座03之间的密封形式为平面密封，第二种所述氢喷嘴001或氢喷嘴002的针阀06密封变形结构如图8所示，所述针阀06与阀座03的密封形式为锥面密封，第三种所述氢喷嘴001或氢喷嘴002的针阀06密封变形结构如图9所示，所示针阀06与所述密封座17的密封形式为锥面密封，通过所述压紧块18将所述密封座17压紧到所述阀体02上，第四种所述氢喷嘴001或氢喷嘴002的针阀06密封变形结构如图10所示，所述密封垫04安装在所述针阀06的下端，且所述密封垫04的密封端面为球面或圆弧面，所述阀座03的密封面为锥面，通过所述密封垫04与所述阀座03形成球面密封。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。本发明不限于应用于喷射器技术领域，还包括其他需要应用控制阀产品的技术领域。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种氢喷射器和氢喷嘴结构，其特征在于，一种氢喷射器由氢喷体、高压传感器、中压传感器、氢喷嘴组成，所述氢喷嘴包括主喷嘴和旁通喷嘴，所述氢喷体由高压腔、中压腔、低压腔组成，所述高压腔、中压腔分别装有高压传感器、中压传感器，所述氢喷体的高压腔、中压腔、低压腔分别有高压进气口、中压出气口、低压出气口，所述氢喷体高压腔设有加强筋，所述加强筋并未将所述高压腔分割成两个独立的、不相通的高压腔，所述中压腔的中压泄流面、所述低压腔的低压泄流面分别与水平面成一定的角度，角度范围为0~45°，防止所述中压腔、低压腔内的水汽积水排不出去，旁通喷嘴主要用于在低功率工况下吹扫电堆中产生的液态水，通过挖孔、填孔或其它形式使得所述氢喷体可以为整体式结构或分体式结构，所述整体式结构为单个整体零件，所述分体式结构是将氢喷体分为多个零件连接而成，保证所述氢喷体的高压腔容积不宜过小，保证所述氢喷体中压腔、低压腔的容积不宜过大。
2.根据权利要求1所述的一种氢喷射器和氢喷嘴结构，其特征在于，所述主喷嘴、旁通喷嘴安装在氢喷体上，通过所述密封组件中阀体上的下端密封圈防止气体从所述高压腔泄漏到所述中压腔或所述低压腔，通过所述密封组件中阀体上的上端密封圈防止气体从所述高压腔泄漏到环境中。
3.根据权利要求1所述的一种氢喷射器和氢喷嘴结构，其特征在于，所述氢喷嘴结构由电磁线圈组件、运动组件和密封组件构成，所述运动组件通过针阀弹簧安装在所述电磁线圈组件中，所述密封组件通过复位弹簧与所述运动组件连接，所述运动组件可在所述密封组件与所述电磁线圈组件之间上下运动，所述氢喷嘴结构在所述电磁线圈组件未通电时，所述运动组件与所述密封组件形成密封，此时所述氢喷嘴中的针阀处于闭合状态，所述氢喷嘴结构在所述电磁线圈组件通电后会与所述运动组件形成闭合磁路产生电磁力，使得所述运动组件向上运动与所述密封组件分离，此时所述氢喷嘴处于开启状态。
4.根据权利要求3所述的一种氢喷射器和氢喷嘴结构，其特征在于，所述电磁线圈组件由线圈、压紧螺母、喷嘴紧帽、弹簧上座、隔磁套、喷嘴体连接组成，所述隔磁套分别与所述喷嘴紧帽、所述喷嘴体连接。
5.根据权利要求3所述的一种氢喷射器和氢喷嘴结构，其特征在于，所述运动组件由衔铁与针阀组成，所述衔铁套在所述针阀上，当所述电磁线圈组件通电时，所述衔铁能够带动所述针阀向上运动，所述针阀与所述密封组件密封面分离，所述运动组件中的衔铁端面为圆锥面或平面，所述运动组件中的衔铁与所述电磁线圈组件中的喷嘴紧帽之间存有余隙，当所述电磁线圈组件断电时，所述针阀在所述针阀弹簧弹簧力的作用下向下运动，所述针阀停止后，所述衔铁能继续运动，降低所述针阀底部端面与所述密封组件上端面的磨损，从而提高密封效果。
6.根据权利要求3所述的一种氢喷射器和氢喷嘴结构，其特征在于，所述密封组件由阀体、密封垫、阀座组成，所述密封垫先安装在所述阀座上的密封槽处，再由所述阀座安装在所述阀体下端的孔处，所述氢喷嘴在所述电磁线圈组件断电时，所述运动组件中的针阀与所述密封组件中的密封垫上端面形成软密封，与所述密封组件中的阀座上端面形成轴向定位，提高了密封性能，所述密封组件的密封形式可以为平面密封、锥面密封、球面密封。
7.根据权利要求1所述的一种氢喷射器和氢喷嘴结构，其特征在于，所述氢喷体中安装的所述主喷嘴、所述旁通喷嘴的数量分别控制在2~6个，通过多个所述主喷嘴或所述旁通喷嘴的开启-关闭来降低氢喷射器所述线圈的温度。
8.根据权利要求1所述的一种氢喷射器和氢喷嘴结构，其特征在于，所述氢喷体安装的所述中压传感器监测所述氢喷体上所述中压腔内的压力值，通过控制所述主喷嘴上针阀的开启数量与喷射时间来维持所述中压腔内的压力值在目标范围内，若所述中压腔内的压力值大于所述中压腔内压力目标上限值时，全部所述主喷嘴上的所述针阀落座至所述密封组件的密封垫形成密封，所述高压腔与所述中压腔之间的通道处于关闭状态，若所述中压腔内的压力值小于所述中压腔内压力目标下限值时，全部所述主喷嘴上的所述针阀上升离开所述密封组件的密封垫，所述高压腔与所述中压腔之间的通道处于开启状态，所述高压腔内的介质以最快的速度流向所述中压腔以补充压力，保证输出稳定的流量。
9.根据权利要求2所述的一种氢喷射器和氢喷嘴结构，其特征在于，所述氢喷嘴的变型结构为所述针阀嵌套在所述衔铁上，所述针阀与所述衔铁之间可以是完全无间隙接触的，也可以是带间隙接触的。
10.根据权利要求6所述的一种氢喷射器和氢喷嘴结构，其特征在于，所述氢喷嘴的密封变形结构有四种，第一种所述氢喷嘴的针阀密封变形结构为所述密封垫嵌套在所述针阀上，所述密封垫与所述阀座之间的密封形式为平面密封，第二种所述氢喷嘴的针阀密封变形结构为所述针阀与阀座的密封形式为锥面密封，第三种所述氢喷嘴的针阀密封变形结构为所示针阀与所述密封座的密封形式为锥面密封，通过所述压紧块将所述密封座压紧到所述阀体上，第四种所述氢喷嘴的针阀密封变形结构为所述密封垫安装在所述针阀的下端，且所述密封垫的密封端面为球面或圆弧面，所述阀座的密封面为锥面，通过所述密封垫与所述阀座形成球面密封。
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