CN115528275A - 具有两级喷嘴结构的喷射器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有两级喷嘴结构的喷射器，安装在燃料电池再循环管线上以供应新的氢气和再循环气体，包括：壳体，具有限定在其中的第一孔口；以及提升阀，设置在壳体中并具有限定在其中的第二孔口，其中，提升阀通过供给到壳体的氢气的压力而移动，并且提升阀与壳体之间的空间用作供应氢气的流路。

Description

具有两级喷嘴结构的喷射器
技术领域
本发明涉及一种具有两级喷嘴结构的喷射器，其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。
背景技术
氢气供应系统是被构造为从氢气罐接收高压氢气，以将其降低到燃料电池堆所需的压力来供应氢气的装置。氢气供应系统的主要作用是充分供应燃料电池堆所需的氢气，使未反应的氢气再循环，以及通过去除燃料电池堆中的杂质来提高氢气的纯度。氢气供应系统应该供应与最大输出相对应的特定量或更多的氢气，以产生燃料电池堆所需的最大输出，并利用再循环部件(例如，鼓风机或喷射器)使未反应的气体再循环，从而再循环未反应气体。
鼓风机可用于使氢气再循环，但鼓风机是基于电机的部件，致动器很昂贵，并且鼓风机的轴承或其他部件极有可能被再循环气体的冷凝物腐蚀。当使用喷射器代替鼓风机时，可以简化技术以实现氢气的再循环。为了确保低输出区段的再循环性能并确保高输出区段的最大供给性能，采用增大喷射器的上游端压力的方法或者使用两个喷射器的方法。然而，在氢气供给端增加压力的方法难以确保氢气供给端的气密性和耐压性能。在使用两个喷射器的方法中，不利地增加了氢气供应系统的尺寸。
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两级喷嘴结构的喷射器，其中氢流经的流路基于用以供应氢气的输出区段而变化。本发明的另一个目的在于提供一种具有两级喷嘴结构的喷射器，其中形成有用于在高输出区段中供应氢气的附加流路。
根据本发明的示例性实施例，提供一种具有两级喷嘴结构的喷射器，安装在燃料电池再循环管线上以供应新的氢气和再循环气体，包括：壳体，具有限定在其中的第一孔口；以及提升阀，设置在壳体中并具有限定在其中的第二孔口，其中，提升阀通过供给到壳体的氢气的压力而移动，并且提升阀与壳体之间的空间用作供应氢气的流路。
根据一个示例性实施例，具有两级喷嘴结构的喷射器，还包括：防损坏构件，设置在提升阀的表面上以接触壳体的内表面，其中，防损坏构件基于施加到提升阀的压力而与壳体的内表面接触或分离。
根据一个示例性实施例，具有两级喷嘴结构的喷射器，还包括：弹簧，被设置成围绕提升阀的表面，其中，提升阀基于施加到提升阀的压力通过弹簧而移动，并且防损坏构件基于提升阀的移动而与壳体的内表面接触或分离。
壳体的内部空间分为第一空间和第二空间，并且提升阀分为设置在第一空间中的第一区域和设置在第二空间中的第二区域。第一区域连接到第二区域，并且形成为其横截面积随着与第二区域的距离的增加而增加的形状。
此外，第一区域分为从第二区域延伸的第一部分和具有面向第一孔口的表面的第二部分，并且壳体的第一空间的内表面的一部分由与第一部分的表面平行的表面形成。将第一空间和第二空间分开的突起设置在壳体的内表面上，并且提升阀的第一区域因突起而仅位于第一空间中。
由突起打开的空间的直径小于第一区域的横截面积的最大直径。具有两级喷嘴结构的喷射器，还包括：防损坏构件，设置在提升阀的表面上以接触壳体的内表面，其中，施加到提升阀的压力随着用于供应氢气的输出的增加而增加，并且随着作用在提升阀上的压力增加，防损坏构件与壳体的内表面分离。
根据示例性实施例，如果防损坏构件接触壳体的内表面，则氢气穿过第二孔口并通过第一孔口排出。此外，如果防损坏构件与壳体的内表面分离，则氢气被排出到第二孔口和壳体与提升阀之间的空间中，并且通过第一孔口排出。
此外，在提升阀的表面上设置有引导提升阀在壳体中的位置的引导件。第二孔口被限定为在提供氢气的方向上穿过提升阀。由第一孔口打开的空间的第一直径大于由第二孔口打开的空间的第二直径。具有两级喷嘴结构的喷射器，还包括：弹簧，设置成围绕提升阀的表面；突起，从壳体的内表面突出；以及引导件，设置在提升阀的表面上以引导提升阀在壳体中的位置，其中，弹簧设置在突起与引导件之间。
根据本发明的示例性实施例，在低输出区段(例如，施加到提升阀的压力相对较小的区段)，提升阀朝向第一孔的移动量可以是最小的。因此，能够保持防损坏部件安装在壳体的内表面的状态。此时，被压缩的氢气可以仅流过具有较小直径的第二孔，因此可增加所供应的氢气的流量。随着氢气的流量的增加，氢气的排出量也增加，因此能够提高喷射器抽吸在燃料电池堆中未反应气体的性能。
根据本发明的示例性实施例，在高输出区段中需要额外的流动路径以使供应的氢气流量充足。因此，壳体和提升阀之间的空间可基于输出区段，用作氢气流动经过的流路，从而确保氢气供应的流量。此外，在高输出区段中，防损坏部件可以与壳体的内表面分离，因此，壳体和提升阀之间的空间可以用作氢气流经的流路。换言之，在排出氢气时响应度更快。
可以理解的是，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他相似的术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多功能车辆(SUV)、公共汽车的客车、卡车、各种商用车辆；包括各种艇、船只的船舶，航空器等；并且包括混合动力车辆、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，来自非石油资源的燃料)。如本文所提及的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如兼具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文进行讨论。
附图说明
现在将参考通过附图示出的某些示例性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是示出燃料电池系统中的燃料电池供应和再循环系统的基本结构的图；
图2是示出根据本发明的示例性实施例的具有两级喷嘴结构的喷射器的图；
图3是示出图2的提升阀的图；
图4是示出沿图2中的A-A’线截取的剖切面的图；
图5是示出根据本发明的另一示例性实施例的具有两级喷嘴结构的喷射器的图。
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分。
具体实施方式
本发明的优点和特征以及实现它们的方法将通过以下结合附图详细描述的实施例而变得清楚。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来实施，仅提供其实施例是为了完成本发明的公开内容，并且用于向本发明内容所属领域的技术人员充分告知本发明内容的范围，并且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。
在本说明书中，将部件名称分为第一、第二等的原因是为了区分具有相同关系的部件的名称，并且以下描述不一定限于其顺序。
详细描述是对本发明的说明。此外，以上描述示出并描述了本发明的优选实施例，并且本发明可以在各种其他组合、修改和环境中使用。即，在本说明书中公开的本发明的概念的范围内、与所描述的公开等同的范围内和/或在本领域的技术或知识的范围内，可以进行改变或修改。所描述的实施例描述了实现本发明的技术思想的最佳方式，并且本发明的特定应用领域和用途所需的各种变化是可能的。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它实施例。
图1是示出燃料电池系统中的燃料电池供应和再循环系统的基本结构的图。
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的燃料供应过程以及使在燃料电池堆30中未反应的氢气再循环的过程。氢气供应系统可以包括：氢气供应管线11，连接到储氢罐10；氢气再循环管线13，在燃料电池堆30中未反应的氢气通过其再循环；喷射器20，安装在电池堆入口30a和氢气再循环管线13的交汇处，使得新的氢气和再循环氢气被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，安装在电池堆入口30a上以测量氢气和空气压力；以及调节器16，安装在氢气供应管线11上。
喷射器20可接收由高压调节器16初次减压的氢气，通过喷嘴喷射所供应的压缩氢气以产生真空，并利用真空抽吸燃料电池堆30内的排放气体以使氢气再循环。换言之，喷射器20可以将所有新供应的氢气和燃料电池堆30中未反应的氢气提供给燃料电池堆30。喷射器20可利用高压调节器16下游端处的压力，通过喷嘴喷射射流以供应燃料，同时产生再循环所需的动量。稍后将描述喷射器20的详细构造。
图2是示出根据本发明的示例性实施例的具有两级喷嘴结构的喷射器的图，而图3是示出图2的提升阀的图。图2是示出在低输出区段排出氢气时的喷射器的状态的图。
参照图2和图3，喷射器20可包括壳体100、提升阀200、防损坏构件300、弹簧400和引导件500。喷射器20可以具有两级喷嘴结构，包括限定在壳体100中的第一孔口105和限定在提升阀200中的第二孔口205。壳体100可以是限定喷射器20的外观的部件。提升阀200、防损坏构件300、弹簧400以及引导件500可以设置在壳体100中。壳体100的内部空间可以分为第一空间100a和第二空间100b。设置在壳体100的一端上的第一孔口105可以是限定为第一直径(d1)的开放空间。氢气可以通过第一孔口105排出。
提升阀200可以设置在壳体100中。在与第一孔口105对应的位置处限定的第二孔口205可以限定在提升阀200中。第二孔口205可以在提供氢气的方向上穿过提升阀200。换言之，由第一孔口105和第二孔口205中的每一个限定的开放空间可以在图中的水平方向上重叠。换言之，第一孔口105和第二孔口205的位置可以在图中的水平方向上彼此对应。第二孔口205可以是由第二直径(d2)限定的开放空间。第二直径(d2)可以小于第一直径(d1)。由于氢气通过具有小横截面积的第二孔口205排出，因此可以增加氢气的流量，从而确保在低流量区域中吸入氢气的性能。
提升阀200可被分为设置在第一空间100a中的第一区域210和设置在第二空间100b中的第二区域230。第一区域210可以连接到第二区域230，并且可以形成为其横截面积随着与第二区域230的距离增加而增加的形状。具体地，第一区域210可被分为从第二区域230延伸的第一部分211和具有面向第一孔口105的表面213a的第二部分213。第二区域230的横截面积的直径(L2)可以小于第一区域210的横截面积的最大直径(L1)。第一区域210的横截面积的最大直径(L1)可以表示第一部分211和第二部分213连接处的横截面积的直径。第一部分211的表面211a可以形成为与壳体100的第一空间100a的内表面的部分101a平行的表面。换言之，第一空间100a的内表面的部分101a可以形成为与第一部分211的表面211a相对应的形状，该表面211a的横截面积随着距第二区域230的距离的增加而增加。第二部分213可以形成为其横截面积朝向第一孔口105减小的形状。第二孔口205可以限定在第二部分213的端部上。
分隔第一空间100a和第二空间100b的突起150可以设置在壳体100的内表面上。具体地，突起150和第一孔口105之间的空间可被限定为第一空间100a，而其他空间可被限定为第二空间100b。突起150可以设置在与第一空间100a和第二空间100b之间的边界点相邻的位置处。突起150可以设置在防损坏构件300和弹簧400之间。突起150可以连续地形成在壳体100的内表面上。换言之，突起150可以在围绕氢气供应方向的圆周方向上连续地形成。因此，由突起150打开的空间的直径可以小于由第一空间100a限定的空间的直径。此外，由突起150打开的空间的直径可以小于第一区域210的横截面积的直径的最大直径(L1)。因此，提升阀200的第一区域210可以被突起150锁定或紧固，并且第一区域210可以仅位于第一空间100a中。
防损坏构件300可以设置在提升阀200的表面上以接触壳体100的内表面。具体地，防损坏构件300可以设置在提升阀200的第一区域210的第一部分211的表面上。基于施加到提升阀200的压力，防损坏构件300可以与壳体100的第一空间100a的内表面接触或分离。施加到提升阀200的压力可以根据输出氢气的区段而变化。例如，防损坏构件300可以由弹性材料制成。因此，当提升阀200直接接触壳体100的内表面时，防损坏构件300可防止壳体100或提升阀200被损坏。
弹簧400可被设置成围绕提升阀200的表面。弹簧400可被设置成围绕提升阀200的第二区域230的表面231。此外，弹簧400可以设置在突起150与引导件500之间的空间中。弹簧400的第一端可以接触突起150，而弹簧400的第二端可以接触引导件500。提升阀200可以基于施加到提升阀200的压力由弹簧400移动，并且防损坏构件300可以基于提升阀200的移动而与壳体100的内表面接触或分离。换言之，弹簧400可以基于施加到提升阀200的压力来移动提升阀200。
引导件500可以引导提升阀200在壳体100的内部空间中的位置。提升阀200可以理想地设置在壳体100的内部空间的中心部分。因此，引导件500可以设置在提升阀200的第二区域230的表面上以引导提升阀200的位置。
在低输出区段(例如，施加到提升阀200的压力相对较小的部分)，朝向第一孔口105移动的提升阀200的量可以是最小的。因此，可以维持防损坏构件300附接到壳体100的内表面的状态。此时，供应到壳体100的第二空间100b的压缩氢气可仅流过第二孔口205，并且穿过第二孔口205的压缩氢气可以通过第一孔口105排出。由于在低输出区段仅通过具有小直径的第二孔口205排放氢气，因此可以增加供应的氢气的流量，由此，随着氢气排放量的增加，可以提高喷射器20抽吸在燃料电池堆中未反应的气体的性能。
图4是示出沿图2的A-A’线截取的剖切面的图。
参照图2和图4，提升阀200的第二区域230和引导件500可以设置在壳体100的第二空间100b中。引导件500可被设置成围绕第二区域230的表面231。引导件500可以包括具有环形形状的主体部510以及从主体部510朝向第二空间100b的内表面延伸的延伸部530。特别地，多个延伸部530可以从主体部510延伸。提升阀200的第二区域230可以通过延伸部530设置在壳体100的内部空间的中心。
氢气可流入提升阀200的第二区域230与壳体100之间的空间。在低输出区段和高输出区段中，氢气都可以流入提升阀200的第二区域230与壳体100之间的空间。然而，在低输出区段中，氢气不能通过防损坏构件300通过提升阀200的第二区域230和壳体100之间的空间穿过第一孔口105。然而，在高输出区段中，提升阀200的第二区域230和壳体100之间的空间中的氢气压力大于预定压力以使提升阀200朝向第一孔口105移动，因此，由于防损坏构件300不接触壳体100的内表面，而使氢气穿过第一孔口105。换言之，在高输出区段中，提升阀200的第二区域230与壳体100之间的空间可基于输出区段用作氢气流经的流路。
图5是示出根据本发明的另一示例性实施例的具有两级喷嘴结构的喷射器的图。图5示出在高输出区段中排出氢气时的喷射器的状态。为了简化说明，将省略对重复内容的描述。
参照图5，随着用于供应氢气的输出增加(即，高输出区段)，施加到提升阀200的压力增加，并且随着施加到提升阀200的压力增加，防损坏构件300可与壳体100的内表面分离。如果防损坏构件300与壳体100的内表面分离，则氢气可被排出到第二孔口205以及壳体100和提升阀200之间的空间中，最后通过第一孔口105排出。
根据本发明的示例性实施例，需要额外的流动路径使得在高输出区段中供应氢气的流量充足。因此，壳体100与提升阀200之间的空间可基于输出区段用作氢气流经的流路，从而确保氢气供应的流量。此外，在高输出区段中，防损坏构件300与壳体100的内表面分离，因此，壳体100与提升阀200之间的空间可以用作氢气流经的流路。换言之，在排出氢气时响应度可更快。
如上所述，尽管已经参照附图描述了本发明的示例性实施例，但是本发明所属领域的技术人员应该理解，在不改变其技术精神或本质特征的情况下，本发明可以以各种特定形式来实施。因此，应当理解，上述示例性实施例在所有方面都是说明性的而非限制性的。

Claims (15)

1.一种具有两级喷嘴结构的喷射器，安装在燃料电池再循环管线上以供应新的氢气和再循环气体，包括：
壳体，具有限定在其中的第一孔口；以及
提升阀，设置在所述壳体中并具有限定在其中的第二孔口，
其中，所述提升阀通过供给到所述壳体的氢气的压力而移动，并且所述提升阀与所述壳体之间的空间用作供应氢气的流路。
2.根据权利要求1所述的具有两级喷嘴结构的喷射器，还包括：
防损坏构件，设置在所述提升阀的表面上以接触所述壳体的内表面，
其中，所述防损坏构件基于施加到所述提升阀的压力而与所述壳体的内表面接触或分离。
3.根据权利要求2所述的具有两级喷嘴结构的喷射器，还包括：
弹簧，被设置成围绕所述提升阀的所述表面，
其中，所述提升阀基于施加到所述提升阀的压力通过所述弹簧来移动，并且所述防损坏构件基于所述提升阀的移动而与所述壳体的内表面接触或分离。
4.根据权利要求1所述的具有两级喷嘴结构的喷射器，其中：
所述壳体的内部空间分为第一空间和第二空间，并且
所述提升阀分为设置在所述第一空间中的第一区域和设置在所述第二空间中的第二区域。
5.根据权利要求4所述的具有两级喷嘴结构的喷射器，其中：
所述第一区域连接到所述第二区域，并且形成为其横截面积随着与所述第二区域的距离的增加而增加的形状。
6.根据权利要求5所述的具有两级喷嘴结构的喷射器，其中：
所述第一区域分为从所述第二区域延伸的第一部分和具有面向所述第一孔口的表面的第二部分，并且
所述壳体的第一空间的内表面的一部分由与所述第一部分的表面平行的表面形成。
7.根据权利要求4所述的具有两级喷嘴结构的喷射器，其中：
将所述第一空间和所述第二空间分开的突起设置在所述壳体的内表面上，并且
所述提升阀的第一区域因所述突起而仅位于所述第一空间中。
8.根据权利要求7所述的具有两级喷嘴结构的喷射器，其中：
由所述突起打开的空间的直径小于所述第一区域的横截面积的最大直径。
9.根据权利要求1所述的具有两级喷嘴结构的喷射器，还包括：
防损坏构件，设置在所述提升阀的表面上以接触所述壳体的内表面，
其中，施加到所述提升阀的压力随着用于供应氢气的输出的增加而增加，并且
其中，随着作用在所述提升阀上的压力增加，所述防损坏构件与所述壳体的内表面分离。
10.根据权利要求9所述的具有两级喷嘴结构的喷射器，其中：
当所述防损坏构件接触所述壳体的内表面时，氢气穿过所述第二孔口并通过所述第一孔口排出。
11.根据权利要求9所述的具有两级喷嘴结构的喷射器，其中：
当所述防损坏构件与所述壳体的内表面分离时，氢气被排出到所述第二孔口和所述壳体与所述提升阀之间的空间中，并且通过所述第一孔口排出。
12.根据权利要求1所述的具有两级喷嘴结构的喷射器，其中：
在所述提升阀的表面上设置有引导所述提升阀在所述壳体中的位置的引导件。
13.根据权利要求1所述的具有两级喷嘴结构的喷射器，其中：
所述第二孔口被限定为在提供氢气的方向上穿过所述提升阀。
14.根据权利要求1所述的具有两级喷嘴结构的喷射器，其中：
由所述第一孔口打开的空间的第一直径大于由所述第二孔口打开的空间的第二直径。
15.根据权利要求1所述的具有两级喷嘴结构的喷射器，还包括：
弹簧，设置成围绕所述提升阀的表面；
突起，从所述壳体的内表面突出；以及
引导件，设置在所述提升阀的所述表面上以引导所述提升阀在所述壳体中的位置，
其中，所述弹簧设置在所述突起与所述引导件之间。
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