CN116989013B - 引射器、燃料电池系统及汽车 - Google Patents

Abstract

本申请属于燃料电池领域，具体涉及一种引射器、燃料电池系统及汽车，所述引射器包括喷射装置，所述喷射装置包括：第一喷嘴、控制阀、第二喷嘴和驱动机构，所述第一喷嘴包括第一进气口和第一排气口，所述控制阀与供气流道和所述第一进气口连接，用于控制进入所述第一进气口的气体流量，所述第二喷嘴包括第二进气口和第二排气口，所述驱动机构与所述第二喷嘴连接，用于驱动所述第二喷嘴运动，使所述第一排气口和所述第二进气口分离或结合。只要燃料电池系统在工作，本申请中引射器的控制阀就不会全关，与采用两个比例阀控制的引射器相比，本申请中引射器的控制阀寿命显著提高，即提高了引射器的可靠性和寿命。

Description

引射器、燃料电池系统及汽车

技术领域

本申请属于燃料电池领域，具体涉及一种引射器、燃料电池系统及汽车。

背景技术

氢燃料电池是将氢气的化学能直接转换成电能的发电装置。氢燃料电池具有对环境无污染、运行安静和发电效率高等优点，具有广阔的应用前景。氢燃料电池主要由燃料电池堆、燃料供给系统(包括高压氢罐)、空气供给系统等组成。在燃料供给系统中，进入燃料电池堆的氢气无法被完全消耗，有一部分是未进行反应就已经被排出电池堆，这导致了电池堆的实际效率低于理论效率。

为了提高发电效率，燃料电池堆前端通常设置有引射器，引射器可利用高压氢罐和燃料电池堆工作压力之间压差，回收未反应的氢气。现有技术中，引射器包括喷射装置，喷射装置包括两个比例阀、大喷嘴和小喷嘴，小喷嘴一端位于大喷嘴内，大喷嘴和小喷嘴均通过供气管道与高压氢罐连接。两个比例阀分别设置在大喷嘴、小喷嘴和供气管道之间，控制氢气流量。大喷嘴和小喷嘴不同时工作，因此有一个比例阀需全关。然而，比例阀全关机械磨损大，导致比例阀的寿命显著下降，即引射器的寿命显著下降。

发明内容

本申请的目的在于提供一种引射器、燃料电池系统及汽车，以提高引射器的寿命。

为了达到上述目的，本申请提供了一种引射器，所述引射器包括喷射装置，所述喷射装置包括：

第一喷嘴，所述第一喷嘴包括第一进气口和第一排气口；

控制阀，与供气流道和所述第一进气口连接，用于控制进入所述第一进气口的气体流量；

第二喷嘴，所述第二喷嘴包括第二进气口和第二排气口，所述第一喷嘴的流通面积大于所述第二喷嘴的流通面积；

驱动机构，与所述第二喷嘴连接，用于驱动所述第二喷嘴运动，使所述第一排气口和所述第二进气口分离或结合。

可选的，在所述第一排气口和所述第二进气口分离时，所述第二喷嘴位于所述第一喷嘴喷射气流流经区域以外。

可选的，所述第一进气口和所述第一排气口位于所述第一喷嘴相对的两端，所述第一喷嘴喷射气流方向为第一方向，所述驱动机构驱动所述第二喷嘴沿第二方向运动，所述第二方向和所述第一方向垂直相交。

可选的，所述喷射装置还包括密封圈，所述密封圈设置在所述第一排气口处，在所述第一排气口和所述第二进气口结合时，所述密封圈密封连接所述第一喷嘴和所述第二喷嘴。

可选的，所述密封圈与所述第二喷嘴接触面为斜面，所述密封圈在所述第二方向靠近所述第二喷嘴一侧与所述第二喷嘴在所述第一方向上的距离大于所述密封圈在所述第二方向远离所述第二喷嘴一侧与所述第二喷嘴在所述第一方向上的距离；

所述第二喷嘴与所述密封圈接触面为斜面，所述第二喷嘴在所述第二方向靠近所述密封圈一侧与所述密封圈在所述第一方向上的距离大于所述第二喷嘴在所述第二方向远离所述密封圈一侧与所述密封圈在所述第一方向上的距离。

可选的，所述驱动机构包括主体部、线圈、弹簧和安装座，所述线圈设置在所述主体部上，所述弹簧连接所述主体部和所述安装座，所述第二喷嘴设置在所述安装座上，所述安装座为磁性结构件，在所述线圈通电时，所述线圈和所述安装座相吸，所述弹簧处于压缩状态。

可选的，所述驱动机构包括主体部、线圈和弹簧，所述线圈设置在所述主体部上，所述弹簧连接所述主体部和所述第二喷嘴，所述第二喷嘴至少部分为磁性结构件，在所述线圈通电时，所述线圈和所述第二喷嘴相吸，所述弹簧处于压缩状态。

可选的，所述引射器还包括混合室和扩散器，所述扩散器一端与所述混合室的内腔连通，至少所述第一喷嘴的第一排气口和所述第二喷嘴位于所述混合室的内腔中，所述第二排气口与所述扩散器形成间隔，所述混合室还包括用于氢气回流的第三进气口。

本申请还提供一种燃料电池系统，包括所述引射器。

本申请还提供一种汽车，包括所述燃料电池系统。

本申请公开的引射器、燃料电池系统及汽车具有以下有益效果：

本申请中，引射器的喷射装置包括：第一喷嘴、第二喷嘴、控制阀和驱动机构，第一喷嘴包括第一进气口和第一排气口，第二喷嘴包括第二进气口和第二排气口，控制阀与供气流道和第一进气口连接，用于控制进入第一进气口的气体流量，驱动机构与第二喷嘴连接，用于驱动第二喷嘴运动，使第一排气口和第二进气口分离或结合，即使气体从第一喷嘴或第二喷嘴喷射。只要燃料电池系统在工作，本申请中引射器的控制阀就不会全关，与采用两个比例阀控制的引射器相比，本申请中引射器的控制阀寿命显著提高，即提高了引射器的可靠性和寿命。

本申请的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本申请的实践而习得。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例中喷射装置的第二喷嘴工作示意图。

图2是本申请实施例中喷射装置的第一喷嘴工作示意图。

图3是本申请实施例中第一喷嘴和第二喷嘴结合示意图。

图4是本申请实施例中第一喷嘴和第二喷嘴分离示意图。

图5是本申请实施例中引射器的结构示意图。

附图标记说明：

100、喷射装置；110、第一喷嘴；111、第一进气口；112、第一排气口；120、第二喷嘴；121、第二进气口；122、第二排气口；130、控制阀；140、驱动机构；141、线圈；142、弹簧；143、安装座；150、密封圈；160、供气流道；

200、混合室；201、第三进气口；

300、扩散器。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本申请将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本申请的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本申请的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本申请的各方面。

下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详述。在此需要说明的是，下面所描述的本申请各个实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

参见图1和图2所示，引射器包括喷射装置100，喷射装置100包括：第一喷嘴110、第二喷嘴120、控制阀130和驱动机构140。第一喷嘴110包括第一进气口111、第一排气口112以及连接第一进气口111和第一排气口112的第一流道，第二喷嘴120包括第二进气口121、第二排气口122以及连接第二进气口121和第二排气口122的第二流道，第一喷嘴110的流通面积大于第二喷嘴120的流通面积。具体的，第一进气口111的流通面积大于第二进气口121的流通面积，第一排气口112的流通面积大于第二排气口122的流通面积，第一流道的流通面积大于第二流道的流通面积。

控制阀130与供气流道160和第一进气口111连接，用于控制进入第一进气口111的气体流量。控制阀130可为比例阀，控制阀130通过调节自身阀门开度，控制进入第一进气口111的气体流量。驱动机构140与第二喷嘴120连接，用于驱动第二喷嘴120运动，使第一排气口112和第二进气口121分离或结合。驱动机构140可驱动第二喷嘴120作直线运动或曲线运动。当第一排气口112和第二进气口121分离时，供气流道160的气体经控制阀130和第一喷嘴110喷射；当第一排气口112和第二进气口121结合时，供气流道160的气体经控制阀130、第一喷嘴110和第二喷嘴120喷射。

引射器可用于燃料电池系统中，供气流道160与高压氢罐连接，利用高压氢罐和燃料电池堆工作压力之间压差，回收未反应的氢气。

在一些技术方案中，引射器的喷射装置包括两个比例阀、第一喷嘴110和第二喷嘴120，第二喷嘴120一端位于第一喷嘴110内，第一喷嘴110和第二喷嘴120均通过供气管道与高压氢罐连接，两个比例阀分别设置在第一喷嘴110、第二喷嘴120和供气管道之间，控制氢气流量。第一喷嘴110和第二喷嘴120不同时工作，因此有一个比例阀需全关。比例阀全关机械磨损大，导致比例阀的寿命显著下降，即引射器的寿命显著下降。

本申请中，引射器的喷射装置100包括：第一喷嘴110、第二喷嘴120、控制阀130和驱动机构140，第一喷嘴110包括第一进气口111和第一排气口112，第二喷嘴120包括第二进气口121和第二排气口122，控制阀130与供气流道160和第一进气口111连接，用于控制进入第一进气口111的气体流量，驱动机构140与第二喷嘴120连接，用于驱动第二喷嘴120运动，使第一排气口112和第二进气口121分离或结合，即使气体从第一喷嘴110或第二喷嘴120喷射。只要燃料电池系统在工作，本申请中引射器的控制阀130就不会全关，与采用两个比例阀控制的引射器相比，本申请中引射器的控制阀130寿命显著提高，即提高了引射器的可靠性和寿命。

参见图1和图2所示，在第一排气口112和第二进气口121分离时，第二喷嘴120位于第一喷嘴110喷射气流流经区域以外。

第二喷嘴120位于第一喷嘴110喷射气流流经区域以外，可避免第二喷嘴120阻挡第一喷嘴110的喷射气流。

示例的，参见图3和图4所示，第一进气口111和第一排气口112位于第一喷嘴110相对的两端，第一进气口111的流通面积大于第一排气口112的流通面积。第二进气口121和第二排气口122位于第二喷嘴120相对的两端，第二进气口121的流通面积大于第二排气口122的流通面积。第一喷嘴110喷射气流方向为第一方向，驱动机构140驱动第二喷嘴120沿第二方向运动，第二方向和第一方向垂直相交。也就是说，第二喷嘴120在驱动机构140驱动下作往复直线运动。

第一喷嘴110喷射气流方向为第一方向，驱动机构140驱动第二喷嘴120沿第二方向运动，第二方向和第一方向垂直相交，这样设计，驱动机构140可驱动第二喷嘴120迅速脱离第一喷嘴110喷射气流流经区域，且第二喷嘴120作往复直线运动，实现方式更简单。

需要说明的是，驱动机构140驱动第二喷嘴120沿第二方向运动，但不限于此，驱动机构140也可铰接连接第一喷嘴110和第二喷嘴120，驱动第二喷嘴120转动脱离第一喷嘴110喷射气流流经区域，具体可视情况而定。

参见图3和图4所示，喷射装置100还包括密封圈150，密封圈150设置在第一排气口112处，在第一排气口112和第二进气口121结合时，密封圈150密封连接第一喷嘴110和第二喷嘴120。密封圈150可为具有一定弹性的橡胶或塑料密封圈，密封圈150可粘接在第一喷嘴110靠近第二喷嘴120一端。

密封圈150设置在第一排气口112处，在第一排气口112和第二进气口121结合时，密封圈150密封连接第一喷嘴110和第二喷嘴120，这样设计，可避免气体从第一喷嘴110和第二喷嘴120之间泄露，提高了引射器的工作效率。

需要说明的是，密封圈150可粘接在第一喷嘴110靠近第二喷嘴120一端，但不限于此，密封圈150可粘接在第二喷嘴120靠近第一喷嘴110一端，具体可视情况而定。

参见图3和图4所示，密封圈150与第二喷嘴120接触面为斜面，密封圈150在第二方向靠近第二喷嘴120一侧与第二喷嘴120在第一方向上的距离大于密封圈150在第二方向远离第二喷嘴120一侧与第二喷嘴120在第一方向上的距离。第二喷嘴120与密封圈150接触面为斜面，第二喷嘴120在第二方向靠近密封圈150一侧与密封圈150在第一方向上的距离大于第二喷嘴120在第二方向远离密封圈150一侧与密封圈150在第一方向上的距离。

也就是说，第二喷嘴120和密封圈150的接触面倾斜设置，第二喷嘴120和第一喷嘴110之间形成楔形间隙，密封圈150也设计成楔形。当第一喷嘴110和第二喷嘴120分离时，密封圈150和第二喷嘴120形成间隔，当第一喷嘴110和第二喷嘴120结合时，第一喷嘴110和第二喷嘴120通过密封圈150楔紧。

当第一喷嘴110和第二喷嘴120结合时，第一喷嘴110和第二喷嘴120通过密封圈150楔紧，进一步增强了密封圈150的密封性能，可避免气体从第一喷嘴110和第二喷嘴120之间泄露。

参见图3和图4所示，驱动机构140包括主体部、线圈141、弹簧142和安装座143，线圈141设置在主体部上，弹簧142连接主体部和安装座143，第二喷嘴120设置在安装座143上。安装座143为磁性结构件，在线圈141通电时，线圈141和安装座143相吸，弹簧142处于压缩状态，第一喷嘴110和第二喷嘴120分离。在线圈141断电时，在弹簧142的簧力和重力作用下，第一喷嘴110和第二喷嘴120结合。驱动机构140具体可为电磁铁或具有电磁铁的开关阀。

驱动机构140为电磁铁或具有电磁铁的开关阀，与采用两个比例阀控制的引射器相比，电磁铁或具有电磁铁的开关阀可靠性更高且制作成本更低，可降低引射器的制作成本，提高引射器的可靠性及寿命。

需要说明的是，驱动机构140可包括安装座143，第二喷嘴120设置在安装座143上，但不限于此，第二喷嘴120也可与弹簧142直接连接，第二喷嘴120至少部分为磁性结构件，具体可视情况而定。

第二喷嘴120与弹簧142直接连接，可减少一个零部件，引射器的结构更简单。驱动机构140可包括安装座143，第二喷嘴120设置在安装座143上，第二喷嘴120的制作材料选择范围更广。

参见图5所示，引射器还包括混合室200和扩散器300，扩散器300一端与混合室200的内腔连通，至少第一喷嘴110的第一排气口112和第二喷嘴120位于混合室200的内腔中。第二排气口122与扩散器300形成间隔，混合室200还包括用于氢气回流的第三进气口201，第三进气口201与燃料电池堆连接。

引射器用于燃料电池系统中，燃料电池系统的高压氢罐喷出高速干氢气，干氢气经控制阀130从第一喷嘴110或第二喷嘴120喷出。当燃料电池堆阳极出口的混合气(包括未反应的氢气、水蒸气、氮气等)通过第三进气口201进入混合室200的内腔时，会被吸入低压区与从第一喷嘴110或第二喷嘴120喷出的干氢气混合，再通过扩散器300进入燃料电池堆。

本申请还提供一种燃料电池系统，燃料电池系统包括燃料电池堆、燃料供给系统、空气供给系统等。燃料供给系统包括高压氢罐，高压氢罐提供干氢气。燃料电池系统还包括以上公开的引射器，引射器设置在高压氢罐和燃料电池堆之间。

引射器用于燃料电池系统中，燃料电池堆阳极出口的混合气通过第三进气口201进入混合室200的内腔时，会被吸入低压区与从第一喷嘴110或第二喷嘴120喷出的干氢气混合，再通过扩散器300进入燃料电池堆。燃料电池堆阳极出口的混合气包括未反应的氢气，引射器可利用高压氢罐和燃料电池堆工作压力之间压差，回收未反应的氢气，从而减少燃料消耗，提高了燃料电池系统的效率。

本申请中，引射器的喷射装置100包括：第一喷嘴110、第二喷嘴120、控制阀130和驱动机构140，第一喷嘴110包括第一进气口111和第一排气口112，第二喷嘴120包括第二进气口121和第二排气口122，控制阀130与供气流道160和第一进气口111连接，用于控制进入第一进气口111的气体流量，驱动机构140与第二喷嘴120连接，用于驱动第二喷嘴120运动，使第一排气口112和第二进气口121分离或结合，即使气体从第一喷嘴110或第二喷嘴120喷射。只要燃料电池系统在工作，本申请中引射器的控制阀130就不会全关，与采用两个比例阀控制的引射器相比，本申请中引射器的控制阀130寿命显著提高，即提高了燃料电池系统的可靠性和寿命。

本申请还提供一种汽车，汽车包括燃料电池系统，燃料电池系统用于为汽车的动力系统等用电设备供电。

汽车包括燃料电池系统，燃料电池系统包括引射器，引射器可利用高压氢罐和燃料电池堆工作压力之间压差，回收未反应的氢气，从而减少燃料消耗，提高了燃料电池系统的效率，增大了汽车的续航里程。只要燃料电池系统在工作，本申请中引射器的控制阀130就不会全关，与采用两个比例阀控制的引射器相比，本申请中引射器的控制阀130寿命显著提高，即提高了汽车的故障率。

术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“装配”、“连接”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；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。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申请中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一些实施例”、“示例地”等的描述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申请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申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，故但凡依本申请的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本申请专利涵盖的范围之内。

Claims (10)

1.一种引射器，其特征在于，所述引射器包括喷射装置，所述喷射装置包括：

第一喷嘴，所述第一喷嘴包括第一进气口和第一排气口；

控制阀，与供气流道和所述第一进气口连接，用于控制进入所述第一进气口的气体流量；

第二喷嘴，所述第二喷嘴包括第二进气口和第二排气口，所述第一喷嘴的流通面积大于所述第二喷嘴的流通面积；

驱动机构，与所述第二喷嘴连接，用于驱动所述第二喷嘴运动，使所述第一排气口和所述第二进气口分离或结合。

2.根据权利要求1所述的引射器，其特征在于，在所述第一排气口和所述第二进气口分离时，所述第二喷嘴位于所述第一喷嘴喷射气流流经区域以外。

3.根据权利要求1所述的引射器，其特征在于，所述第一进气口和所述第一排气口位于所述第一喷嘴相对的两端，所述第一喷嘴喷射气流方向为第一方向，所述驱动机构驱动所述第二喷嘴沿第二方向运动，所述第二方向和所述第一方向垂直相交。

4.根据权利要求3所述的引射器，其特征在于，所述喷射装置还包括密封圈，所述密封圈设置在所述第一排气口处，在所述第一排气口和所述第二进气口结合时，所述密封圈密封连接所述第一喷嘴和所述第二喷嘴。

5.根据权利要求4所述的引射器，其特征在于，所述密封圈与所述第二喷嘴接触面为斜面，所述密封圈在所述第二方向靠近所述第二喷嘴一侧与所述第二喷嘴在所述第一方向上的距离大于所述密封圈在所述第二方向远离所述第二喷嘴一侧与所述第二喷嘴在所述第一方向上的距离；

所述第二喷嘴与所述密封圈接触面为斜面，所述第二喷嘴在所述第二方向靠近所述密封圈一侧与所述密封圈在所述第一方向上的距离大于所述第二喷嘴在所述第二方向远离所述密封圈一侧与所述密封圈在所述第一方向上的距离。

6.根据权利要求3所述的引射器，其特征在于，所述驱动机构包括主体部、线圈、弹簧和安装座，所述线圈设置在所述主体部上，所述弹簧连接所述主体部和所述安装座，所述第二喷嘴设置在所述安装座上，所述安装座为磁性结构件，在所述线圈通电时，所述线圈和所述安装座相吸，所述弹簧处于压缩状态。

7.根据权利要求3所述的引射器，其特征在于，所述驱动机构包括主体部、线圈和弹簧，所述线圈设置在所述主体部上，所述弹簧连接所述主体部和所述第二喷嘴，所述第二喷嘴至少部分为磁性结构件，在所述线圈通电时，所述线圈和所述第二喷嘴相吸，所述弹簧处于压缩状态。

8.根据权利要求1所述的引射器，其特征在于，所述引射器还包括混合室和扩散器，所述扩散器一端与所述混合室的内腔连通，至少所述第一喷嘴的第一排气口和所述第二喷嘴位于所述混合室的内腔中，所述第二排气口与所述扩散器形成间隔，所述混合室还包括用于氢气回流的第三进气口。

9.一种燃料电池系统，其特征在于，包括如权利要求1～8任意一项所述的引射器。

10.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求9所述的燃料电池系统。