CN217035695U - 一种用于燃料电池的防结冰氢气引射器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种用于燃料电池的防结冰氢气引射器，属于燃料电池技术领域，解决了现有技术氢气引射器通用性较差且容易结冰的问题。该装置包括高压喷头1、引射器主体2和控制器5。高压喷头1的壳体一端为进气口，另一端为内部具有引射孔通道的锥形结构，中段靠近进气口处密封有环形加热器3；引射器主体2的壳体一侧设有置入上述锥形结构的主路气路进气口，以及与燃料电池的氢气尾气输出端连接的循环气路入口，另一侧设有与燃料电池的氢气入口连接的扩压出气口；控制器5，用于启动环形加热器3以及在氢气引射器通气过程中根据高压喷头1的进气口和引射器主体2的循环气路入口两处的气体温度差对环形加热器3的加热温度进行实时调控。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种用于燃料电池的防结冰氢气引射器。
背景技术
在燃料电池系统的设计中，因电堆工作工况的不同，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，且不安全，因此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氢气引射器，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，特别容易故障。而现有氢气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，现有氢气引射器无加热功能，在零下30℃使用时会结冰，影响燃料电池的冷启动功能。
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用于燃料电池的防结冰氢气引射器，用以解决现有技术氢气引射器通用性较差且容易结冰的问题。
一方面，本实用新型实施例提供了一种用于燃料电池的防结冰氢气引射器，包括高压喷头（1）、引射器主体（2），以及用于在氢气引射器通气之前根据环境温度启动环形加热器（3）以及在氢气引射器通气过程中根据高压喷头（1）的进气口和引射器主体（2）的循环气路入口两处的气体温度差对环形加热器（3）的加热温度进行实时调控的控制器（5）；其中，
高压喷头（1）的壳体一端为进气口，另一端为内部具有引射孔通道的锥形结构，中段靠近进气口的壳体内密封有环形加热器（3）；
引射器主体（2）的壳体一侧设有置入上述锥形结构且为高压喷头（1）提供支撑的主路气路进气口，以及与燃料电池的氢气尾气端连接的循环气路入口，另一侧设有与燃料电池的氢气入口连接的扩压出气口。
上述技术方案的有益效果如下：为防止高压喷头内部积水，发动机不开机的时候冬季会结冰，在高压喷头入气侧设置了环形加热器（3），融冰效率高，且加工简单，绝缘效果好。并且，可对每一引射器主体（2）配备不同引射尺寸的高压喷头（1），解决了现有氢气引射器通用性较差的问题，在燃料电池功率变更时，仅需更换高压喷头（1），节省了工作量和工作时间。对不同功率的氢气引射器，更换不同口径的高压喷头（1），可实现快速调整电堆功率。
基于上述氢气引射器的进一步改进，所述高压喷头（1）的壳体外侧设有放置并固定所述环形加热器（3）的圆环凹型槽；所述圆环凹型槽的入口处设有可拆卸的环形密封端盖（4）；并且，
所述高压喷头（1）和引射器主体（2）的壳体材料均为金属材料。
进一步，所述控制器（5）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：
环境温度传感器，设于引射器主体（2）的壳体外部；
气体流量传感器，分别设于高压喷头（1）的进气口和引射器主体（2）的循环气路入口；
气体温度传感器，分别设于高压喷头（1）的进气口和引射器主体（2）的循环气路入口；
气体湿度传感器，分别设于高压喷头（1）的进气口和引射器主体（2）的循环气路入口。
进一步，所述环形加热器（3）包括PTC陶瓷发热环。
进一步，所述高压喷头（1）的壳体内部包括依次连通且平滑过渡的均匀内径通道、具有设定锥体角度的锥体通道，以及具有均匀内径的引射孔通道；并且，
所述引射器主体（2）的壳体内部包括依次连通且平滑过渡的混合室、扩压室；该混合室具有主路气路入口和循环气路入口。
进一步，该氢气引射器还包括设于高压喷头（1）和引射器主体（2）连接部分之间的密封结构；
所述密封结构包括多个独立的密封圈；并且，每一密封圈分别与高压喷头（1）和引射器主体（2）进行过盈配合连接。
进一步，所述高压喷头（1）的壳体上还设有用于限制所述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。
进一步，所述高压喷头（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（2）的混合室、扩压室各自的中心轴线均处于同一直线上；并且，
所述高压喷头（1）、密封结构、引射器主体（2）任意二者间均进行过盈配合连接，所述高压喷头（1）和引射器主体（2）的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。
进一步，每一引射器主体（2）配备不同引射尺寸的高压喷头（1）；并且，
每一高压喷头（1）的外部形状、尺寸均一致，其均匀内径通道的长度、内径以及锥体通道的锥体角度均一致，仅引射孔通道的内径和长度不同。
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、能够精准地调控高压喷头（1）的进气口和引射器主体（2）的循环气路入口两处的通气速度、气体温度、湿度；
2、能够根据电堆功率，选择合适尺寸的高压喷头（1）；
3、设置了加热环（3），加热效率高，融冰效率高，且加工简单，绝缘效果好；
4、结构稳固，受外界环境影响较小。
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高压喷头结构示意图；
图2示出了实施例1氢气引射器组成示意图；
图3示出了实施例2氢气引射器的控制电路示意图。
附图标记：
1- 高压喷头；2- 引射器主体；3- 环形加热器；4- 环形密封端盖；5- 控制器。
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，公开了一种用于燃料电池的防结冰氢气引射器，如图1~2所示，包括高压喷头1、引射器主体2和控制器5（图中进行了省略）。
高压喷头1的壳体一端为进气口，另一端为内部具有引射孔通道的锥形结构，中段靠近进气口的壳体内密封有若干个环形加热器3（数量大于等于1）。
引射器主体2的壳体一侧设有置入上述锥形结构且为高压喷头1提供支撑的主路气路进气口，以及与燃料电池的氢气尾气输出端连接的循环气路入口，另一侧设有与燃料电池的氢气入口连接的扩压出气口。
控制器5，用于在氢气引射器通气之前根据环境温度启动环形加热器3（环境温度低于设定值启动，例如低于-1℃启动，否则不启动）以及在氢气引射器通气过程中根据高压喷头1的进气口和引射器主体2的循环气路入口两处的气体温度差对环形加热器3的加热温度进行实时调控（示例性地，环形加热器3的加热温度可设置为当前时刻高压喷头1进气口的气体温度与上一时刻两处的气体温度差的预设倍数之和）。上述控制器5的控制方法为现有技术，不涉及方法的改进。
控制器5的输出端与每一环形加热器3的输出端有线或者无线通信连接。
选定引射尺寸的高压喷头1与引射器主体2进行过盈配合连接。高压喷头1是氢气引射器的重点零部件。各不同引射尺寸的高压喷头1可直接挂接在引射器主体2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为防止高压喷头内部积水，发动机不开机的时候冬季会结冰，在高压喷头入气侧设置了环形加热器3，融冰效率高，且加工简单，绝缘效果好。并且，可对每一引射器主体2配备不同引射尺寸的高压喷头1，解决了现有氢气引射器通用性较差的问题，在燃料电池功率变更时，仅需更换高压喷头1，节省了工作量和工作时间。对不同功率的氢气引射器，更换不同口径的高压喷头1，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，高压喷头1的壳体外侧设有放置并固定所述环形加热器3的圆环凹型槽。所述圆环凹型槽的入口处设有可拆卸的环形密封端盖4，如图3所示。并且，所述高压喷头1和引射器主体2的壳体均采用金属材料制备。
优选地，控制器5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，用于采集环境温度，以及高压喷头1的进气口和引射器主体2的循环气路入口两处的通气速度、气体温度、气体湿度，发送至数据处理与控制单元。
数据处理与控制单元，用于在氢气引射器通气之前根据环境温度启动环形加热器（3）以及在氢气引射器通气过程中根据高压喷头（1）的进气口和引射器主体（2）的循环气路入口两处的气体温度差对环形加热器（3）的加热温度进行实时调控。
优选地，数据采集单元进一步包括环境温度传感器、气体流量传感器、气体温度传感器和气体湿度传感器。
环境温度传感器，设于引射器主体2的壳体外部，用于监测该氢气引射器所处环境温度。
气体流量传感器，分别设于高压喷头1的进气口和引射器主体2的循环气路入口，用于分别监测高压喷头1的进气口和引射器主体2的循环气路入口两处的通气速度。
气体温度传感器，分别设于高压喷头1的进气口和引射器主体2的循环气路入口，用于分别监测高压喷头1的进气口和引射器主体2的循环气路入口两处的气体温度。
气体湿度传感器，分别设于高压喷头1的进气口和引射器主体2的循环气路入口，用于分别监测高压喷头1的进气口和引射器主体2的循环气路入口两处的气体湿度。
优选地，环形加热器3包括PTC陶瓷发热环。PTC陶瓷发热环是一种特种陶瓷材料，具备恒温发热的优点，可用5W的发热环。
优选地，高压喷头1的壳体内部包括依次连通且平滑过渡的均匀内径通道、具有设定锥体角度的锥体通道，以及具有均匀内径的引射孔通道。并且，引射器主体2的壳体内部包括依次连通且平滑过渡的混合室、扩压室；该混合室具有主路气路入口和循环气路入口。混合室用于将主路氢气和循环气体混合。扩压室用于将混合后气体进行扩压。
优选地，该氢气引射器还包括设于高压喷头1和引射器主体2连接部分之间的密封结构。该密封结构包括多个独立的密封圈；并且，每一密封圈分别与高压喷头1和引射器主体2进行过盈配合连接。
优选地，高压喷头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，高压喷头1的均匀内径通道、锥体通道、引射孔通道与引射器主体2的混合室、扩压室各自的中心轴线均处于同一直线上。并且，高压喷头1、密封结构、引射器主体2任意二者间均进行过盈配合连接，高压喷头1和引射器主体2的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，每一引射器主体2配备不同引射尺寸的高压喷头1。并且，每一高压喷头1的外部形状、尺寸均一致，其均匀内径通道的长度、内径以及锥体通道的锥体角度均一致，仅引射孔通道的内径和长度不同。
与现有技术相比，本实施例提供的氢气引射器具有如下有益效果：
1、能够精准地调控高压喷头1的进气口和引射器主体2的循环气路入口两处的通气速度、气体温度、湿度；
2、能够根据电堆功率，选择合适尺寸的高压喷头1；
3、设置了加热环3，加热效率高，融冰效率高，且加工简单，绝缘效果好；
4、结构稳固，受外界环境影响较小。
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)
1.一种用于燃料电池的防结冰氢气引射器，其特征在于，包括高压喷头（1）、引射器主体（2），以及用于在氢气引射器通气之前根据环境温度启动环形加热器（3）以及在氢气引射器通气过程中根据高压喷头（1）的进气口和引射器主体（2）的循环气路入口两处的气体温度差对环形加热器（3）的加热温度进行实时调控的控制器（5）；其中，
高压喷头（1）的壳体一端为进气口，另一端为内部具有引射孔通道的锥形结构，中段靠近进气口的壳体内密封有环形加热器（3）；
引射器主体（2）的壳体一侧设有置入上述锥形结构且为高压喷头（1）提供支撑的主路气路进气口，以及与燃料电池的氢气尾气端连接的循环气路入口，另一侧设有与燃料电池的氢气入口连接的扩压出气口。
2.根据权利要求1所述的用于燃料电池的防结冰氢气引射器，其特征在于，所述高压喷头（1）的壳体外侧设有放置并固定所述环形加热器（3）的圆环凹型槽；所述圆环凹型槽的入口处设有可拆卸的环形密封端盖（4）；并且，
所述高压喷头（1）和引射器主体（2）的壳体材料均为金属材料。
3.根据权利要求1或2所述的用于燃料电池的防结冰氢气引射器，其特征在于，所述控制器（5）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。
4.根据权利要求3所述的用于燃料电池的防结冰氢气引射器，其特征在于，所述数据采集单元进一步包括：
环境温度传感器，设于引射器主体（2）的壳体外部；
气体流量传感器，分别设于高压喷头（1）的进气口和引射器主体（2）的循环气路入口；
气体温度传感器，分别设于高压喷头（1）的进气口和引射器主体（2）的循环气路入口；
气体湿度传感器，分别设于高压喷头（1）的进气口和引射器主体（2）的循环气路入口。
5.根据权利要求4所述的用于燃料电池的防结冰氢气引射器，其特征在于，所述环形加热器（3）包括PTC陶瓷发热环。
6.根据权利要求1-2、4-5任意一项所述的用于燃料电池的防结冰氢气引射器，其特征在于，所述高压喷头（1）的壳体内部包括依次连通且平滑过渡的均匀内径通道、具有设定锥体角度的锥体通道，以及具有均匀内径的引射孔通道；并且，
所述引射器主体（2）的壳体内部包括依次连通且平滑过渡的混合室、扩压室；该混合室具有主路气路入口和循环气路入口。
7.根据权利要求6所述的用于燃料电池的防结冰氢气引射器，其特征在于，还包括设于高压喷头（1）和引射器主体（2）连接部分之间的密封结构；
所述密封结构包括多个独立的密封圈；并且，每一密封圈分别与高压喷头（1）和引射器主体（2）进行过盈配合连接。
8.根据权利要求1-2、4-5、7任意一项所述的用于燃料电池的防结冰氢气引射器，其特征在于，所述高压喷头（1）的壳体上还设有用于限制所述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。
9.根据权利要求7所述的用于燃料电池的防结冰氢气引射器，其特征在于，所述高压喷头（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（2）的混合室、扩压室各自的中心轴线均处于同一直线上；并且，
所述高压喷头（1）、密封结构、引射器主体（2）任意二者间均进行过盈配合连接，所述高压喷头（1）和引射器主体（2）的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。
10.根据权利要求7或9所述的用于燃料电池的防结冰氢气引射器，其特征在于，每一引射器主体（2）配备不同引射尺寸的高压喷头（1）；并且，
每一高压喷头（1）的外部形状、尺寸均一致，其均匀内径通道的长度、内径以及锥体通道的锥体角度均一致，仅引射孔通道的内径和长度不同。
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