CN216951039U - 具有防结冰可调式工作喷嘴的氢气引射器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种具有防结冰可调式工作喷嘴的氢气引射器，属于燃料电池技术领域，解决了现有引射器在低温环境中容易结冰和通用性较差的问题。该引射器包括防结冰可调式工作喷嘴1、引射器主体7。其中，防结冰可调式工作喷嘴1的壳体一侧设有均匀管道内径的进气口，另一侧设有具有快换喷头2的锥形结构，两侧之间的壳体内部设有通入电堆循环水并且循环水的流量大小和传输途径可调的调温机构4。引射器主体7的壳体一侧设有置入防结冰可调式工作喷嘴1的锥形结构且置入端形状与锥形结构形状匹配的主路气路入口，以及与燃料电池的氢气尾气端连接的循环气路入口8，另一侧设有混合气出口。该引射器能量利用率高，可用于氢气的持续加热。

Description

具有防结冰可调式工作喷嘴的氢气引射器

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种具有防结冰可调式工作喷嘴的氢气引射器。

背景技术

在燃料电池系统设计中，氢气供给系统中，因电堆的工况不同，对氢气的计量比要求不同。为了保证高效率，要求氢气供给量要大于氢气消耗量。电堆工作过程中必然有未参与消耗的过剩氢气，直接排放污染环境且易爆不安全，需要将过剩氢气重新利用。

目前，燃料电池的氢循环系统中一般会设计一个氢循环泵或引射器，使氢气在燃料电池中流动起来。氢循环泵需要额外控制，还消耗额外的功耗，并且容易故障。而引射器是一个机械结构，在尺寸设计定型后，无法满足所有电堆工作点，不能发挥燃料电池系统的最高工作效率。并且，由于氢气的分子量较小，引射器内一定压力的氢气很容易发生泄漏。现有引射器内在环境温度零下30℃时无法使用，内部通道容易结冰，经济性和电堆冷却水的利用率有待提高。

实用新型内容

鉴于上述的分析，本实用新型实施例旨在提供一种具有防结冰可调式工作喷嘴的氢气引射器，用以解决现有引射器在低温环境中容易结冰和通用性较差的问题。

一方面，本实用新型实施例提供了一种具有防结冰可调式工作喷嘴的氢气引射器，包括防结冰可调式工作喷嘴（1）、引射器主体（7）；其中，

防结冰可调式工作喷嘴（1）的壳体一侧设有均匀管道内径的进气口，另一侧设有具有快换喷头（2）的锥形结构，两侧之间的壳体内部设有通入电堆循环水并且循环水的流量大小和传输途径可调的调温机构（4）；

引射器主体（7）的壳体一侧设有置入防结冰可调式工作喷嘴（1）的锥形结构且置入端形状与锥形结构形状匹配的主路气路入口，以及与燃料电池的氢气尾气端连接的循环气路入口（8），另一侧设有混合气出口。

上述技术方案的有益效果如下：在引射器防结冰可调式工作喷嘴（1）处设计了通入电堆循环水的调温机构（4），将电堆冷启动用的循环水引入到防结冰可调式工作喷嘴（1），可以在低温冷启动时候为防结冰可调式工作喷嘴（1）提供热量，用于破冰，也可以在发动机工作时，实时为防结冰可调式工作喷嘴（1）提供热量，有助于提高引射器主体（7）的腔体温度，提高氢气温度。氢气引射器可对每一引射器主体（7）配备不同引射尺寸的快换喷头（2）（相比更换防结冰可调式工作喷嘴1，结构更简单，制备成本更低），解决了现有引射器通用性较差的问题，在燃料电池功率变更时，仅需更换快换喷头（2），节省了工作量和工作时间。对不同功率的引射器，更换不同口径的快换喷头（2），可实现快速调整电堆功率。

基于上述引射器的进一步改进，所述调温机构（4）进一步包括用于通入电堆循环水的循环加热腔，电磁阀，以及，用于在燃料电池冷启动时控制循环加热腔所有传输支路的电磁阀打开使得电堆冷启动使用的循环水流入防结冰可调式工作喷嘴（1）的壳体内部并在燃料电池启动后中根据防结冰可调式工作喷嘴（1）的进气口和引射器主体（7）的循环气路入口（8）两处的气体温度差控制电磁阀的开启数量的控制器；其中，

循环加热腔沿着防结冰可调式工作喷嘴（1）的圆周方向布置，具有多条传输支路，每一传输支路上设有一个独立的用于控制该支路通断的电磁阀。

进一步，所述循环加热腔包括依次并联的多个环形耐高温管道或者波浪形耐高温管道。

进一步，所述控制器进一步包括依次连接的数据采集单元、数据处理与控制单元。

进一步，所述数据采集单元进一步包括：

表面温度传感器，布设于防结冰可调式工作喷嘴（1）的锥形结构外表面靠近其快换喷头（2）处；

气体温度传感器，分别设于防结冰可调式工作喷嘴（1）的进气口和引射器主体（7）的循环气路入口（8）。

进一步，所述快换喷头（2）为可拆卸的且内部具有均匀内径的引射孔通道的锥形结构，与防结冰可调式工作喷嘴（1）的锥形结构为一体式设计结构。

进一步，所述防结冰可调式工作喷嘴（1）配备有多个不同引射孔通道内径的快换喷头（2）；每一快换喷头（2）的外部形状、大小均一致，但其内部引射孔通道的内径和长度不同。

进一步，所述引射器主体（7）的壳体顶端靠近快换喷头（2）处还设有密封结构（3）；其中，

所述密封结构（3）包括多个独立使用的密封环，每一密封环均通过真空密封于防结冰可调式工作喷嘴（1）与引射器主体（7）的连接部位。

进一步，所述防结冰可调式工作喷嘴（1）的内部包括依次连通且平滑过渡的均匀内径通道一、锥体通道、引射孔通道；

所述引射器主体（7）的壳体的内部包括依次连通且平滑过渡的混合通道、扩压通道、均匀内径通道二；该混合通道具有主路气路入口和循环气路入口（8）；该扩压通道的内径从其入口到其出口逐渐增大。

进一步，所述防结冰可调式工作喷嘴（1）的均匀内径通道、锥体通道、引射孔通道与所述引射器主体（7）的混合通道、扩压通道各自的中心轴线均处于同一直线上；并且，

所述防结冰可调式工作喷嘴（1）、密封结构（3）、引射器主体（7）任意二者间均进行过盈配合连接，所有通道的内壁表面均涂覆有相同厚度的耐高温防水材料。

与现有技术相比，本实施例提供的氢气引射器至少如下之一的有益效果：

1、可根据电堆功率，选择合适尺寸的快换喷头（2），节约了制备成本；

2、结构稳固，受外界环境影响较小；

3、通过设置密封结构（3），解决现有引射器密封问题频发的问题，并提高了防结冰可调式工作喷嘴（1）与引射器主体（7）的密封作用。如果其中一个密封圈失效，其他密封圈也能起到密封功能，有效提高了用户体验。

提供实用新型内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。实用新型内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了实施例1防结冰可调式工作喷嘴结构示意图；

图2示出了实施例2防结冰可调式工作喷嘴结构示意图；

图3示出了实施例2氢气引射器安装示意图。

附图标记：

1- 防结冰可调式工作喷嘴；2- 快换喷头；3- 密封结构；4- 调温机构；5- 循环水入口；6- 循环水出口；7- 引射器主体；8- 循环气路入口。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

实施例1

本实用新型的一个实施例，公开了一种具有防结冰可调式工作喷嘴的氢气引射器，包括防结冰可调式工作喷嘴1、引射器主体7。

防结冰可调式工作喷嘴1如图1所示，其壳体一侧设有均匀管道内径的进气口，另一侧设有具有快换喷头2的锥形结构，两侧之间的壳体内部设有通入电堆循环水并且循环水的流量大小和传输途径可调的调温机构4。壳体外部设有循环水入口5、循环水出口6。

引射器主体7的壳体一侧设有置入防结冰可调式工作喷嘴1的锥形结构且置入端形状与锥形结构形状匹配的主路气路入口，以及与燃料电池的氢气尾气端连接的循环气路入口8，另一侧设有混合气出口（与燃料电池的氢气入口连接）。

选定引射尺寸的防结冰可调式工作喷嘴1与引射器主体7进行过盈配合连接。防结冰可调式工作喷嘴1是引射器的重点零部件。各不同引射尺寸的防结冰可调式工作喷嘴1可直接挂接在引射器主体7的外部，便于存储。

与现有技术相比，本实施例提供的氢气引射器在防结冰可调式工作喷嘴1处设计了通入电堆循环水的调温机构4，将电堆冷启动用的循环水引入到防结冰可调式工作喷嘴1，可以在低温冷启动时候为防结冰可调式工作喷嘴1提供热量，用于破冰，也可以在发动机工作时，实时为防结冰可调式工作喷嘴1提供热量，有助于提高引射器主体7的腔体温度，提高氢气温度。氢气引射器可对防结冰可调式工作喷嘴1配备不同引射尺寸的快换喷头2（相比更换防结冰可调式工作喷嘴1，结构更简单，制备成本更低），解决了现有引射器通用性较差的问题，在燃料电池功率变更时，仅需更换快换喷头2，节省了工作量和工作时间。对不同功率的引射器，更换不同口径的快换喷头2，可实现快速调整电堆功率。

实施例2

在实施例1的基础上进行改进，调温机构4进一步包括用于通入电堆循环水的循环加热腔、电磁阀和控制器。

循环加热腔沿着防结冰可调式工作喷嘴1的圆周方向布置，具有多条传输支路，每一传输支路上设有一个独立的用于控制该支路通断的电磁阀。每一电磁阀的控制端均与控制器的输出端连接。

控制器，用于在燃料电池冷启动（引射器未通气前）时控制循环加热腔所有传输支路的电磁阀打开（最大限度升温）使得电堆冷启动使用的循环水流入防结冰可调式工作喷嘴（1）的壳体内部并在燃料电池启动（引射器通气）后中根据防结冰可调式工作喷嘴（1）的进气口和引射器主体（7）的循环气路入口（8）两处的气体温度差控制电磁阀的开启数量（即每一电池阀开闭状态，例如设计5个温度段，在每一温度段，开启一个电磁阀）（优化升温）。上述控制方法为现有技术，不涉及方法的改进。

优选地，循环加热腔包括依次并联的多个环形耐高温管道或者波浪形耐高温管道。

优选地，控制器进一步包括依次连接的数据采集单元、数据处理与控制单元。

数据采集单元，用于获取防结冰可调式工作喷嘴1的进气口和引射器主体7的循环气路入口8两处的气体温度差，发送至数据处理与控制单元。

优选地，数据采集单元进一步包括表面温度传感器、气体温度传感器。

表面温度传感器，布设于防结冰可调式工作喷嘴1的锥形结构外表面靠近其快换喷头2处，用于采集布设位置处表面温度。

气体温度传感器，分别设于防结冰可调式工作喷嘴1的进气口和引射器主体7的循环气路入口8，用于分别监测防结冰可调式工作喷嘴1的进气口和防结冰可调式工作喷嘴1的循环气路入口8两处的气体温度差。

优选地，数据处理与控制单元具有显示屏，显示屏上显示处于开启状态的电磁阀的序号。

优选地，快换喷头2为可拆卸的且内部具有均匀内径的引射孔通道的锥形结构，与防结冰可调式工作喷嘴1的锥形结构采用一体式设计；并且，防结冰可调式工作喷嘴1配备有多个不同引射孔通道内径的快换喷头2；每一快换喷头2的外部形状、大小均一致，但其内部引射孔通道的内径和长度不同。

优选地，引射器主体7的壳体顶端靠近快换喷头2处还设有密封结构3，如图2~3所示。其中，密封结构3包括多个独立使用的密封环，每一密封环均通过真空密封于防结冰可调式工作喷嘴1与引射器主体7的连接部位。每一密封圈分别与防结冰可调式工作喷嘴1和引射器主体7进行过盈配合连接。密封圈可采用橡胶类材料制备。

优选地，防结冰可调式工作喷嘴1的内部包括依次连通且平滑过渡的均匀内径通道一、锥体通道、引射孔通道。引射器主体7的壳体的内部包括依次连通且平滑过渡的混合通道、扩压通道、均匀内径通道二。该混合通道具有主路气路入口和循环气路入口8；该扩压通道的内径从其入口到其出口逐渐增大。

优选地，防结冰可调式工作喷嘴1的均匀内径通道、锥体通道、引射孔通道与引射器主体7的混合通道、扩压通道各自的中心轴线均处于同一直线上。并且，防结冰可调式工作喷嘴1、密封结构3、引射器主体7任意二者间均进行过盈配合连接，所有通道的内壁表面均涂覆有相同厚度的耐高温防水材料。

优选地，密封结构3的每一密封结构3均通过真空密封于防结冰可调式工作喷嘴1与引射器主体7的连接部位。

优选地，防结冰可调式工作喷嘴1的壳体中部的顶端设有放置每一密封结构3的独立安装槽和与引射器主体7固定的挂槽；该安装槽与挂槽之间设有锁死机构。

优选地，引射器主体7的壳体的顶部设有与上述挂槽配合使用的安装凸块。

优选地，引射器主体7的内部还包括均具有光滑内壁的主路气路、循环气路。其中，主路气路的入口与防结冰可调式工作喷嘴1的喷头端部密封连接，其出口与混合通道的主路进气口连接，用于将燃料电池主路的氢气输送至混合通道；其入口与燃料电池的氢气侧尾气输出端连接，其出口与混合通道的从路进气口连接，主路气路的内径为恒定值。循环气路设于引射器主体7的壳体底部，用于将燃料电池的循环气体输送至混合通道；循环气路的内径从下至上逐渐减小。混合通道的输出端与扩压通道的输入端连接，用于将主路氢气和循环气体混合；扩压通道用于将混合后气体进行扩压。

优选地，防结冰可调式工作喷嘴1的壳体上还设有用于限制锥形结构伸入位置的限位凸点；其中，所有限位凸点的中心均位于同一平面内。

优选地，每一快换喷头2的引射孔通道的内径为0.5~3 mm。

与现有技术相比，本实施例提供的防结冰可调式工作喷嘴1具有如下有益效果：

1、能够根据电堆功率，选择合适尺寸的快换喷头2，节约了制备成本；

2、通过控制器可能够精准地控制输出气体的温度；

3、结构稳固，受外界环境影响较小；

4、通过设置密封结构3，解决现有引射器密封问题频发的问题，并提高了防结冰可调式工作喷嘴1与引射器主体7的密封作用。如果其中一个密封圈失效，其他密封圈也能起到密封功能，有效提高了用户体验。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对现有技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种具有防结冰可调式工作喷嘴的氢气引射器，其特征在于，包括防结冰可调式工作喷嘴（1）、引射器主体（7）；其中，

防结冰可调式工作喷嘴（1）的壳体一侧设有均匀管道内径的进气口，另一侧设有具有快换喷头（2）的锥形结构，两侧之间的壳体内部设有通入电堆循环水并且循环水的流量大小和传输途径可调的调温机构（4）；

引射器主体（7）的壳体一侧设有置入防结冰可调式工作喷嘴（1）的锥形结构且置入端形状与锥形结构形状匹配的主路气路入口，以及与燃料电池的氢气尾气端连接的循环气路入口（8），另一侧设有混合气出口。

2.根据权利要求1所述的具有防结冰可调式工作喷嘴的氢气引射器，其特征在于，所述调温机构（4）进一步包括用于通入电堆循环水的循环加热腔，电磁阀，以及，用于在燃料电池冷启动时控制循环加热腔所有传输支路的电磁阀打开使得电堆冷启动使用的循环水流入防结冰可调式工作喷嘴（1）的壳体内部并在燃料电池启动后中根据防结冰可调式工作喷嘴（1）的进气口和引射器主体（7）的循环气路入口（8）两处的气体温度差控制电磁阀的开启数量的控制器；其中，

循环加热腔沿着防结冰可调式工作喷嘴（1）的圆周方向布置，具有多条传输支路，每一传输支路上设有一个独立的用于控制该支路通断的电磁阀。

3.根据权利要求2所述的具有防结冰可调式工作喷嘴的氢气引射器，其特征在于，所述循环加热腔包括依次并联的多个环形耐高温管道或者波浪形耐高温管道。

4.根据权利要求2或3所述的具有防结冰可调式工作喷嘴的氢气引射器，其特征在于，所述控制器进一步包括依次连接的数据采集单元、数据处理与控制单元。

5.根据权利要求4所述的具有防结冰可调式工作喷嘴的氢气引射器，其特征在于，所述数据采集单元进一步包括：

表面温度传感器，布设于防结冰可调式工作喷嘴（1）的锥形结构外表面靠近其快换喷头（2）处；

气体温度传感器，分别设于防结冰可调式工作喷嘴（1）的进气口和引射器主体（7）的循环气路入口（8）。

6.根据权利要求5所述的具有防结冰可调式工作喷嘴的氢气引射器，其特征在于，所述快换喷头（2）为可拆卸的且内部具有均匀内径的引射孔通道的锥形结构，与防结冰可调式工作喷嘴（1）的锥形结构为一体式设计结构。

7.根据权利要求1-3、5-6任意一项所述的具有防结冰可调式工作喷嘴的氢气引射器，其特征在于，所述防结冰可调式工作喷嘴（1）配备有多个不同引射孔通道内径的快换喷头（2）；并且，

每一快换喷头（2）的外部形状、大小均一致，但其内部引射孔通道的内径和长度不同。

8.根据权利要求7所述的具有防结冰可调式工作喷嘴的氢气引射器，其特征在于，所述引射器主体（7）的壳体顶端靠近快换喷头（2）处还设有密封结构（3）；其中，

所述密封结构（3）包括多个独立使用的密封环，每一密封环均通过真空密封于防结冰可调式工作喷嘴（1）与引射器主体（7）的连接部位。

9.根据权利要求1-3、5-6、8任意一项所述的具有防结冰可调式工作喷嘴的氢气引射器，其特征在于，所述防结冰可调式工作喷嘴（1）的内部包括依次连通且平滑过渡的均匀内径通道一、锥体通道、引射孔通道；

所述引射器主体（7）的壳体的内部包括依次连通且平滑过渡的混合通道、扩压通道、均匀内径通道二；该混合通道具有主路气路入口和循环气路入口（8）；该扩压通道的内径从其入口到其出口逐渐增大。

10.根据权利要求9所述的具有防结冰可调式工作喷嘴的氢气引射器，其特征在于，所述防结冰可调式工作喷嘴（1）的均匀内径通道、锥体通道、引射孔通道与所述引射器主体（7）的混合通道、扩压通道各自的中心轴线均处于同一直线上；并且，

所述防结冰可调式工作喷嘴（1）、密封结构（3）、引射器主体（7）任意二者间均进行过盈配合连接，所有通道的内壁表面均涂覆有相同厚度的耐高温防水材料。

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