CN115234523A - 具有可变喷嘴结构的喷射器 - Google Patents

Abstract

喷射器具有可变喷嘴结构并安装在燃料电池再循环管线中以供应新的氢气和再循环气体。喷射器包括：第一壳体，具有第一孔和孔口，其中氢气通过第一孔供应并且氢气通过孔口排出；第二壳体，设置在第一壳体中并且具有第二孔，通过第一孔的氢气流入第二孔；以及提升阀，穿过限定在第二壳体的一侧的第三孔。提升阀配置为调节由排出氢气的孔口打开的空间的面积。流入第二壳体的氢气通过第二壳体的与一侧相对的另一侧和提升阀之间的空间排出而移动至孔口。

Description

具有可变喷嘴结构的喷射器

技术领域

本发明涉及一种具有可变喷嘴结构的喷射器，该结构能够根据提供给喷射器的氢气的流量来改变由喷射器排出的氢气的流量。

背景技术

氢气供应系统是配置为从氢气罐接收高压氢气并将氢气的压力降低至燃料电池堆所需的压力来供应氢气的系统。氢气供应系统的主要功能是充分供应燃料电池堆所需的氢气，循环未反应的氢气，且去除燃料电池堆内部的杂质以提高氢气的纯度。为了产生燃料电池堆所需的最大输出，氢气供应系统应供应等于或大于与最大输出对应的氢气量。为了使未反应气体再循环，氢气供应系统应使用诸如鼓风机或喷射器的再循环部件来再循环未反应气体。

可以使用鼓风机作为再循环氢气的手段。鼓风机是基于电机的部件，并且需要致动器。致动器价格昂贵并且轴承或其他部件极有可能被再循环气体的冷凝水腐蚀。

在使用喷射器代替鼓风机的情况下，可以简化技术以实现氢气的再循环。为了确保低输出段的再循环性能并确保高输出段的最大供应性能，使用了增加在喷射器的前端的压力的方法或使用两个喷射器的方法。

然而，增加在氢气供应端的压力的方法使得难以确保氢气供应端的气密性以及保持内压性能。此外，由于氢气供应系统的尺寸增加，使用两个喷射器的方法在整体封装方面存在劣势。

在背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此它可能包含不构成本国本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有可变喷嘴结构的喷射器，该结构能够根据提供到喷射器的氢气的流量来改变由喷射器排出的氢气的流量。

在根据本发明的实施例的安装在燃料电池再循环管线中的具有可变喷嘴结构的喷射器中以供应新的氢气和再循环气体。具有可变喷嘴结构的喷射器包括：第一壳体，其中氢气通过第一孔供应并且氢气通过孔口排出；第二壳体，设置在第一壳体中并且第二壳体具有第二孔，通过第一孔的氢气流入第二孔；以及提升阀，穿过限定在第二壳体的一侧(即第一侧)的第三孔。提升阀配置为调节排出氢气的孔口的开口的面积。流入第二壳体的氢气通过第二壳体的与第一侧相对的另一侧(即第二侧)和提升阀之间的空间排出而移动到孔口。

作为示例，提升阀包括穿过第三孔的第一区域和与第二壳体的第二侧相邻的第二区域。氢气通过第二区域和第二壳体之间的空间排出。

作为示例，具有可变喷嘴结构的喷射器包括设置在提升阀的第二区域的表面上以接触第二壳体的防损坏构件。根据流入第二壳体的氢气施加到提升阀的压力，防损坏构件与第二壳体接触或分离。

作为示例，随着施加到提升阀的压力增加，提升阀在远离孔口的方向上移动。随着提升阀在远离孔口的方向上移动，第二区域和第二壳体之间的距离增加。

作为示例，提升阀的第一区域在从第二区域朝向孔口的方向上延伸。

作为示例，随着第二区域远离连接到第一区域的点的移动，第二区域的横截面积增加。

作为示例，在第二壳体的内表面上设置有朝向提升阀突出的突起，并且在突起与第三孔之间设置有弹簧。

作为示例，具有可变喷嘴结构的喷射器还包括引导构件，该引导构件设置在提升阀的表面上以引导提升阀在第二壳体中的位置。引导构件设置在弹簧与第三孔之间。

作为示例，限定有多个第一孔和多个第二孔并且设置有连接第一孔和第二孔的流路。

作为示例，第一孔和第二孔被限定为在与提升阀延伸的方向垂直的方向上重叠，使得通过第一孔的氢气流入第二孔。

作为示例，在第三孔与提升阀之间设置有气密构件。

作为示例，第一壳体插入限定在氢气被供应到的第三壳体中的第四孔中。

根据提供到喷射器的氢气的流量，根据本发明的实施例的喷射器可以自动改变由喷射器排出的氢气的流量。具体地，根据本发明的实施例的具有可变喷嘴结构的喷射器可以包括具有两级结构的壳体并且可以根据流入第二壳体的氢气的流量自动控制通过第一壳体的孔口排出的氢气的流量以提供满足燃料电池系统所需输出量的氢气供应量。

根据本发明的实施例，流体(氢气)的流动方向和提升阀的加压方向相同。另外，第二壳体和提升阀的第一区域之间的空间的容积没有改变。提升阀由此稳定地移动。此外，引导构件可以设置在第一区域中以帮助提升阀的稳定移动。

根据本发明的实施例，供应的氢气被供应到第一壳体的第一孔、第二壳体的第二孔，并且通过流路进入作为高压部的第二壳体中，从而不必担心氢气泄漏到作为相对低压部的第一壳体或第三壳体中。因此，可以防止损坏燃料电池堆的氢气从高压部泄漏到低压部的现象。

应当理解，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其它相似术语包括一般的机动车辆。此类机动车辆可包括包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆在内的乘用车辆，包括各种艇和船在内的水运工具，以及航空器等。此类机动车辆还可包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，从石油以外的资源取得的燃料)。如本文所指，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如兼备汽油动力和电动力的车辆。

本发明的上述和其他特征将在下面进行讨论。

附图说明

现在将参考通过附图示出的特定实施例来详细描述本发明的上述和其他特征，其中附图在下文中仅通过说明的方式给出，并且因此并非对本发明进行限制，其中：

图1是说明燃料电池系统中的燃料供应和再循环系统的基本构成的视图。

图2是说明根据本发明的实施例的具有可变喷嘴结构的喷射器的视图。

图3是说明沿图2所示的喷射器的线A-A’截取的表面的视图。

图4是说明根据本发明的另一实施例的具有可变喷嘴结构的喷射器的视图。

应当理解的是，附图不一定按比例绘制，而是呈现出说明本发明的基本原理的各种优选特征的有所简化的表示。如本文所公开的包括例如具体尺寸、方向、位置和形状的本发明的具体设计特征，将部分地由特定预期的应用和使用环境来确定。

在附图中，贯穿附图的多幅图形，附图标记表示本发明的相同或等效的部件。

具体实施方式

通过结合附图详细描述的实施例，本发明的优点和特征以及实现它们的方法应该变得显而易见。然而，本发明不限于以下公开的实施例，而是可以以各种不同的形式实施。提供本实施例仅用于完成本发明构思的公开并充分告知本领域普通技术人员本发明的范围。本发明仅由权利要求的范围限定。在整个说明书中，相同的附图标记指代相同的部件。

另外，在本说明书中，将部件的名称分为第一、第二等以区分部件的名称具有相同的关系的部件并不一定限于以下描述中的顺序。当我们将本发明的部件、装置、元件等描述为具有目的或执行操作、功能等时，该部件、装置或元件在本文中应被视为“配置为”满足该目的或执行该操作或功能。

详细描述说明本发明。此外，前述内容示出和描述了本发明的实施例，并且本发明可以用于各种其他组合、变型和环境。换句话说，可以在本说明书所公开的发明构思的范围内、与所公开的内容等同的范围内和/或本领域的技术或知识的范围内进行改变或修改。所描述的实施例解释用于实现本发明的技术思想的方式。本发明的特定应用领域和用途中所需的各种改变也是可能的。因此，本发明的详细描述并非旨在将本发明限制于所公开的实施例。此外，所附权利要求应被解释为还包括其他实施例。

图1是说明燃料电池系统中的燃料供应和再循环系统的基本构成的视图。

参照图1，氢气供应系统可以执行将氢气供应到燃料电池堆30的燃料供应过程和在燃料电池堆30中再循环未反应的氢气的过程。氢气供应系统可以包括：氢气供应管线11，其连接至储氢罐10；氢气再循环管线13，未反应的氢气通过该氢气再循环管线13在燃料电池堆30中再循环；喷射器20，其安装在电池堆入口30a和氢气再循环管线13交汇处，以将新的氢气和再循环氢气泵送并供应至燃料电池堆30的阳极；电池堆入口侧压力传感器15，其安装在电池堆入口30a上以测量氢气和空气压力；调节器16，其安装在氢气供应管线11上，等等。

喷射器20可以通过高压调节器16接收首先减压的氢气，通过经喷嘴喷射所供应的压缩氢气以产生真空，并以此吸入燃料电池堆30中的排出气体来使氢气再循环。换句话说，喷射器20可将所有新供应的氢气和未在燃料电池堆30中反应的氢气提供给燃料电池堆30。喷射器20可使用高压调节器16的后端的压力通过喷嘴来喷射射流以在供应燃料时产生再循环所需的动量。下面将描述喷射器20的具体构造。

图2是说明根据本发明的实施例的具有可变喷嘴结构的喷射器的视图。

参照图2，喷射器20可以包括第一壳体100、第二壳体200、提升阀300、防损坏构件400、弹簧500和引导构件600。第二壳体200可以设置在第一壳体100中并且弹簧500和引导构件600可以设置在第一壳体100中。施加到提升阀300的压力可以根据流入第二壳体200的氢气的流量而改变。可以在提升阀300根据施加到提升阀300的压力而移动时，调节由喷射器200排出的氢气的流量。

孔口105和第一孔110可以限定在第一壳体100中，该孔口105是将氢气排出到喷射器20外部的通道，该第一孔110配置为将氢气供应到第二壳体200。多个第一孔110可形成在第一壳体100中。孔口105和提升阀300是配置为调节排出的氢气的流量的部件，其中，在提升阀300在水平方向上移动时，可以控制通过孔口105排出的氢气的流量。

第二孔210可以限定在第二壳体200中，该第二孔配置为使通过第一壳体100的第一孔110供应的氢气流入第二壳体200中。多个第二孔210可以形成在第二壳体中200。通过第一孔110的氢气可以通过连接第一孔110和第二孔210的流路50流入第二孔210。通过第二孔210的氢气可以流入第二壳体200。第一孔110和第二孔210可被限定为在与提升阀300延伸方向垂直的方向上重叠。此时，提升阀300延伸的方向可以表示图中的水平方向且表示从提升阀300朝向孔口105的方向。流路50可以以与第一孔110和第二孔210的数量相同的数量形成。

提升阀300穿过其中的第三孔205可以限定在第二壳体200的一侧(即，第一侧)并且第二壳体200的与该侧相对的另一侧(即，第二侧)可以打开。第二壳体200的一侧(即，第一侧)可以表示比另一侧更靠近孔口105的区域。

提升阀300可以调节由排出氢气的孔口105打开的空间的面积。提升阀300不是插入到孔口105中以完全关闭孔口105的部件，而是提升阀300的端部可以部分地关闭孔口105。换句话说，如果供应到第二壳体200的氢气的流量小，施加到提升阀300的压力低，则提升阀300可能不会移动并且氢气可能通过被提升阀300部分关闭的孔口105排出。提升阀300可以包括穿过第二壳体200的第三孔205的第一区域310和与第二壳体200的另一侧相邻的第二区域320。提升阀300的第一区域310可以在从第二区域320朝向孔口105的方向上延伸。第二区域320的截面积可以等于或大于第一区域310的截面积。第二区域320的截面积可以随着第二区域320远离连接到第一区域310的点的移动而增加。

流入第二壳体200的氢气可被排出到提升阀300的第二区域320与第二壳体200的另一侧之间的空间中。换句话说，第二区域320可用于部分地关闭第二壳体200的所打开的另一侧(即，第二侧)。防损坏构件400可以设置在提升阀300的第二区域320的表面321上。当提升阀300的第二区域320直接接触第二壳体200的另一侧时，防损坏构件400可以防止提升阀300或第二壳体200被损坏。换句话说，防损坏构件400可以物理接触第二壳体200的另一侧(即，第二侧)。根据通过流入第二壳体200的氢气施加到提升阀300的压力，防损坏构件400可以与第二壳体200的另一侧接触或分开。

可以在第二壳体200的内表面上设置朝向提升阀300突出的突起250。可以在突起250和第二壳体200的一侧(即，第一侧)或者第三孔205之间设置弹簧500。此外，可以设置引导构件600，其设置在提升阀300的表面上以引导提升阀300在第二壳体200中的位置。弹簧500可以设置为围绕提升阀300的表面。弹簧500可以设置为围绕提升阀300的第一区域310的表面。弹簧500可以设置在突起250和引导构件600之间的空间中。弹簧500的一端可以接触突起250并且弹簧500的另一端可以接触引导构件600。提升阀300可以根据由弹簧500施加到提升阀300的压力而移动并且防损坏构件400可以根据提升阀300的移动而与第二壳体200的另一侧接触或分开。换句话说，弹簧500可以根据施加到提升阀300的压力来移动提升阀300。

引导构件600可以在第二壳体200的内部空间中引导提升阀300的位置。提升阀300可以理想地设置在第二壳体200的内部空间的中心部分上。因此，引导构件600可以设置在提升阀300的第一区域310的表面上以引导提升阀300的位置。引导构件600可以设置在弹簧500和第三孔205之间。

气密构件700可以设置在第二壳体200的第三孔205和提升阀300之间。具体地，可以设置气密构件700以防止氢气在第三孔205和提升阀300的第一区域310之间泄漏。气密构件700可以设置在由第三孔205暴露的第二壳体200的一个表面上。

喷射器20可以包括限定外表面形状的第三壳体800。第一壳体100插入其中的第四孔(未示出)可以限定在第三壳体800中。第三壳体800可以是从高压调节器或燃料电池堆接收氢气的部件。

根据本发明的实施例，流体(氢气)的流动方向和提升阀300的加压方向相同。另外，第二壳体200和提升阀300的第一区域310之间的空间的容积没有改变，使得提升阀300可以稳定地移动。此外，引导构件600可以设置在第一区域310中以辅助提升阀300的稳定移动。

根据本发明的实施例，在提升阀300移动时提升阀300的第一区域310和第二壳体200之间的摩擦仅发生在气密构件700中。因此，可以使提升阀300和第二壳体200之间的摩擦最小化，从而在提升阀300的可移动性方面是有利的。

图3是说明沿图2所示的线A-A’截取的表面的视图。

参考图2和图3，第一壳体100可以设置在第三壳体800中并且第二壳体200可以设置在第一壳体100中。多个第一孔110可以限定在第一壳体100中并且多个第二孔210可以限定在第二壳体200中。连接第一孔110和第二孔210的流路50的数量可以分别与形成的第一孔110和第二孔210的数量相同。流入第三壳体800的氢气可以依次通过第一孔110、流路50和第二孔210而流入第二壳体200中。流入第二壳体200的氢气可以移动提升阀300，并且通过提升阀300的移动，氢气可以被排出到提升阀300和第二壳体200的另一侧(即，第二侧)之间的空间中。被排出到提升阀300和第二壳体200的另一侧之间的空间的氢气可以通过限定在第一壳体100中的孔口105排出。

根据本发明的实施例，供应的氢气通过第一壳体100的第一孔110、第二壳体200的第二孔210和流路50供应到第二壳体200中，从而不必担心氢气泄漏到作为相对低压部的第一壳体100或第三壳体800中。因此，可以防止氢气从高压部泄漏到低压部而损坏燃料电池组的现象。

图4是说明根据本发明的另一实施例的具有可变喷嘴结构的喷射器的视图。为了简化描述，省略对重复内容的描述。

图4是用于说明流入第二壳体200的氢气的流量高于图2的情况的视图。参照图4，在流入第二壳体200的氢气的流量增加时，施加到提升阀300的压力会增加。在施加到提升阀300的压力增加时，提升阀300可以在远离孔口105的方向上移动。在提升阀300在远离孔口105的方向上移动时，防损坏构件400和第二壳体200的另一侧之间的距离会增加。此外，在提升阀300的第二区域320和第二壳体200的另一侧之间排出的氢气量可以增加。此外，在流入第二壳体200的氢气量增加时，阻塞孔口105的提升阀300可以在远离孔口105的方向上移动。因此，通过孔口105排出的氢气的流量可以增加。

根据本发明的实施例，燃料电池系统在各种输出条件下运行。首先，在低输出段，为了提高喷射器的吸入性能，排出氢气的孔口105的面积应较小。在高输出段，为防止流量不足，孔口105的面积应较大。在低输出段的情况下，由于喷射器前端的压力低，推动提升阀300的力较弱，因此提升阀移动的量小。因此，由于提升阀300的端部阻塞孔口105的区域较大，所以氢气可移动的区域相对较小。然而，如果燃料电池系统的输出高，则喷射器的前端的压力增加并且氢气推动提升阀300的力增加。因此，提升阀300移动的量变大。因此，提升阀300的端部阻塞孔口105的面积减小，使得氢气可移动的面积变得相对较大。换句话说，根据流入第二壳体200的氢气的流量，可以自动控制通过第一壳体100的孔口105排出的氢气的流量。实施能够提供与燃料电池系统所需的输出相匹配的所供应的氢气量的喷射器。

如上所述，已经参照附图描述本发明的实施例。然而，本发明所属领域的普通技术人员应当理解，在不改变本发明的技术思想或本质特征的情况下，可以以其他具体形式实施本发明。因此，应当理解，上述实施例在所有方面是说明性的，而非限制性的。

Claims (12)

1.一种具有可变喷嘴结构的喷射器，所述喷射器安装在燃料电池再循环管线中以供应新的氢气和再循环气体，所述喷射器包括：

第一壳体，具有第一孔和孔口，其中氢气通过所述第一孔供应并且氢气通过所述孔口排出；

第二壳体，设置在所述第一壳体中，所述第二壳体具有第二孔，通过所述第一孔的氢气流入所述第二孔；以及

提升阀，穿过限定在所述第二壳体的一侧的第三孔并且配置为调节由排出氢气的所述孔口打开的空间的面积，

其中，流入所述第二壳体的氢气通过所述第二壳体的与所述一侧相对的另一侧和所述提升阀之间的空间排出而移动到所述孔口。

2.根据权利要求1所述的喷射器，

其中，所述提升阀包括穿过所述第三孔的第一区域和与所述第二壳体的另一侧相邻的第二区域，并且

其中，氢气通过所述第二区域和所述第二壳体之间的空间排出。

3.根据权利要求2所述的喷射器，进一步包括：防损坏构件，设置在所述提升阀的第二区域的表面上以接触所述第二壳体，

其中，根据流入所述第二壳体的氢气施加到所述提升阀的压力，所述防损坏构件与所述第二壳体接触或分离。

4.根据权利要求3所述的喷射器，

其中，随着施加到所述提升阀的压力增加，所述提升阀在远离所述孔口的方向上移动，并且

其中，随着所述提升阀在远离所述孔口的方向上移动，所述第二区域与所述第二壳体之间的距离增加。

5.根据权利要求2所述的喷射器，

其中，所述提升阀的所述第一区域在从所述第二区域朝向所述孔口的方向上延伸。

6.根据权利要求5所述的喷射器，

其中，随着所述第二区域远离连接到所述第一区域的点的移动，所述第二区域的横截面积增加。

7.根据权利要求1所述的喷射器，

其中，在所述第二壳体的内表面上设置有朝向所述提升阀突出的突起，并且

其中，在所述突起与所述第三孔之间设置有弹簧。

8.根据权利要求7所述的喷射器，进一步包括：

引导构件，设置在所述提升阀的表面上以引导所述提升阀在所述第二壳体中的位置，

其中，所述引导构件设置在所述弹簧和所述第三孔之间。

9.根据权利要求1所述的喷射器，

其中，限定有多个第一孔和多个第二孔，并且

其中，设置有连接所述第一孔和所述第二孔的流路。

10.根据权利要求9所述的喷射器，

其中，所述第一孔和所述第二孔被限定为在与所述提升阀延伸的方向垂直的方向上重叠，使得通过所述第一孔的氢气流入所述第二孔。

11.根据权利要求1所述的喷射器，

其中，在所述第三孔与所述提升阀之间设置有气密构件。

12.根据权利要求1所述的喷射器，

其中，所述第一壳体插入限定在氢气被供应到的第三壳体中的第四孔中。

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