CN112943710B - 一种用于氢燃料电池循环系统的宽泛式引射器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种用于氢燃料电池循环系统的宽泛式引射器，包括引射器主体、引射器喷嘴、针阀、导向套筒、喷嘴端盖、步进电机，引射器喷嘴头部位于接受室里，引射器喷嘴尾部连接喷嘴端盖，针阀的头部设置针阀空腔、一级喷孔、二级喷孔，针阀的尾部设置一级弹簧安装座孔，导向套筒的头部里设置一级弹簧安装座，导向套筒的尾部设置二级弹簧安装柱孔，喷嘴端盖上设置二级弹簧安装柱，一级弹簧安装座上套有一级弹簧，二级弹簧安装柱上套有二级弹簧，圆杆分别连接电机固定座和引射器主体，步进电机连接电机输出轴。本发明改变喷嘴与混合室之间的距离，实现了引射气体的调节，使得引射器适应于氢燃料电池全工况。

Description

一种用于氢燃料电池循环系统的宽泛式引射器

技术领域

本发明涉及的是一种氢燃料电池，具体地说是氢燃料电池的引射器。

背景技术

氢燃料电池具有清洁环保、能量效率高等优点，因此，在最近几年燃料电池动力装置发展迅速。氢燃料电池由氢气供给系统、空气供给系统、电堆和水管理系统组成。氢气再循环系统是燃料电池系统的核心之一，它的作用是使得过量的氢气不被排放到空气中而重新引入到电堆内，同时过量的氢气会带走电堆内的水蒸气。

目前，燃料电池系统中采用的氢气循环泵存在着耗功大、液压油密封难等缺点，这成为制约燃料电池系统长寿命的关键。引射器是利用高压工作流体对低压引射流体的粘性剪切和对流作用实现能量传递，从而将引射流体从低压环境导向高压环境，它的工作原理决定其不需要消耗额外的功率，并且结构简单，适合于燃料电池的氢气循环系统。

专利“可变截面的引射器”(公开号CN10982453A)提出了通过针阀连续改变喷嘴口的小头端横截面积的方法实现改变引射器的引射系数，实现引射器在燃料电池系统在变工况下也能满足氢气量的供给。专利“一种用于燃料电池系统的可变喉口引射器”(公开号CN208157534U)提供了一种可以根据电堆功率和电堆所需要的氢气量改变喉口横截面积的新型引射器，通过电磁阀控制探针的位置来控制再循环气体的流量。

发明内容

本发明的目的在于提供解决现有的氢气引射器无法覆盖燃料电池系统全工况等技术难题的一种用于氢燃料电池循环系统的宽泛式引射器。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种用于氢燃料电池循环系统的宽泛式引射器，其特征是：包括引射器主体、引射器喷嘴、针阀、导向套筒、喷嘴端盖、步进电机，引射器主体里设置依次相通的接受室、混合室、扩压室、混合气体出口，引射器喷嘴头部位于接受室里，引射器喷嘴尾部连接喷嘴端盖，针阀的头部设置针阀空腔、一级喷孔、二级喷孔，针阀的尾部设置一级弹簧安装座孔，针阀的头部位于引射器喷嘴的头部里并与其配合，导向套筒的头部里设置一级弹簧安装座，一级弹簧安装座的端部位于一级弹簧安装座孔里，导向套筒的尾部设置二级弹簧安装柱孔，喷嘴端盖上设置二级弹簧安装柱，二级弹簧安装柱的端部位于二级弹簧安装柱孔里，一级弹簧安装座上套有一级弹簧，二级弹簧安装柱上套有二级弹簧，针阀、导向套筒、喷嘴端盖与引射器喷嘴形成工作气体腔，引射器喷嘴上开设连通工作气体腔的工作气体入口，引射器主体上开设连通接受室的引射气体入口，步进电机连接电机固定座，圆杆分别连接电机固定座和引射器主体，喷嘴端盖位于圆杆内部，喷嘴端盖的左端设置电机连接孔，电机连接孔里设置内螺纹，步进电机连接电机输出轴，电机输出轴设置外螺纹，电机输出轴与电机连接孔相配合。

本发明还可以包括：

1、引射器喷嘴上设置倾斜的阀座，阀座与针阀相配合，针阀的对应位置也为倾斜结构，二者接触时，将工作气体腔与针阀空腔隔开，针阀压缩一级弹簧并移动后，一级喷孔与工作气体腔相通，针阀进一步一级弹簧使得针阀加大移动行程后，二级喷孔和一级喷孔同时与工作气体腔相通。

2、固定支架内部设置喷嘴滑动槽，引射器喷嘴上设置喷嘴滑动盘，喷嘴滑动盘安装在喷嘴滑动槽里使得喷嘴滑动盘可沿喷嘴滑动槽横向移动；步进电机带动电机输出轴转动，在喷嘴滑动槽的限制下，喷嘴端盖和引射器喷嘴横向移动，实现引射器喷嘴与混合室之间相对距离的改变。

3、一级弹簧未被压缩时，一级弹簧安装座与针阀的一级弹簧安装座孔的端部的距离为一级弹簧的最大压缩长度；二级弹簧未被压缩时，二级弹簧安装柱与导向套筒的二级弹簧安装柱孔的端部的距离为二级弹簧的最大压缩长度；二级弹簧的弹性系数大于一级弹簧。

本发明的优势在于：对引射器喷嘴进行结构改进，可以根据工况自动调节工作气体流量，设计喷嘴运动机构，改变喷嘴与混合室之间的距离，实现了引射气体的调节，使得引射器适应于氢燃料电池全工况。

附图说明

图1a为本发明的结构示意图，图1b为一级弹簧处放大图，图1c为M-M视图；

图2a为针阀结构示意图，图2b为N-N视图；

图3为导向套筒结构示意图；

图4为喷嘴端盖结构示意图；

图5为较低氢气压力下针阀处于第一工作位置时的示意图；

图6为较高氢气压力下针阀处于第二工作位置时的示意图；

图7为引射器喷嘴与混合室距离最近时的示意图；

图8为引射器喷嘴与混合室距离最远时的示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1a-8，本发明包括引射器喷嘴4、引射器主体3、固定支架2、步进电机1、喷嘴端盖9、二级弹簧8、导向套筒7、一级弹簧6、针阀5。

固定支架2包括电机固定座21、圆杆22、喷嘴滑动槽23；电机固定座21为环形结构，步进电机1右端用螺栓连接在电机固定座21左端，电机输出轴11上加工有外螺纹，从环状的电机固定座21中间穿出，电机固定座21布置在喷嘴滑动槽23左侧，二者通过四根圆杆22进行连接。

引射器喷嘴4包括工作气体入口41、工作气体腔42、喷嘴滑动盘43、阀座44；引射器喷嘴4左端与喷嘴端盖9右端用螺栓连接，工作气体入口41与喷嘴滑动盘43都设置在引射器喷嘴4侧壁面上，喷嘴滑动盘43在工作气体入口41右侧，阀座44设置在引射器喷嘴4最右端，针阀5右端A面位置压在阀座44处并密封，针阀右端设置一个针阀空腔53，针阀空腔53与一级喷孔54、二级喷孔52相连，四个一级喷孔54呈环形沿径向布置，二级喷孔52在一级喷孔54右侧，布置形式与一级喷孔54相同，导向套筒7右端开孔71，孔71中设置一级弹簧安装座72，针阀5在左端面开孔51，与一级弹簧6一起安装在一级弹簧安装座72上，一级弹簧6左端与导向套筒7右端开孔71的底面G接触，右端与针阀5左端面C接触，针阀5左端面开孔51的底面B与一级弹簧安装座72顶面F之间的距离为S1，该距离即为一级弹簧6的最大可压缩长度，喷嘴端盖9右端设置二级弹簧安装柱92，导向套筒7左端开孔73，与二级弹簧8一起安装在二级弹簧安装柱92上，二级弹簧8左端与喷嘴端盖9右端面H接触，右端与导向套筒7左端面D接触，导向套筒7左端孔73的底面E和二级弹簧安装柱的顶面I之间的距离为S2，该距离即为二级弹簧8的最大可压缩长度，引射器喷嘴4、针阀5、一级弹簧6、导向套筒7、二级弹簧8、喷嘴端盖9装配后形成的中空区域即为工作气体腔42。

引射器主体3由引射气体入口31、接受室32、混合室33、扩压室34、混合气体出口35组成；引射器主体3内沿轴线方向从左至右分别是接受室32、混合室33、扩压室34、混合气体出口35，在接受室32附近的引射器主体3侧壁面上设置引射气体入口31，高压的工作气体通过与接受室32连通的针阀空腔53进入引射器主体3内引射低压气体，经混合、扩压后最终流出引射器。

喷嘴端盖9包括电机连接孔91和二级弹簧安装柱92；喷嘴端盖9的电机连接孔91加工内螺纹，电机连接孔9通过螺纹与电机输出轴11连接，喷嘴端盖9右侧与引射器喷嘴4用螺栓连接，引射器喷嘴4通过喷嘴滑动盘43与固定支架2上的喷嘴滑动槽23安装在一起，喷嘴滑动盘43的形状类似沿端面圆上的弦线切割后的法兰盘，喷嘴滑动槽23的形状与喷嘴滑动盘43一致，步进电机1工作时，电机输出轴11转动，因喷嘴滑动盘43与喷嘴滑动槽23限制，引射器喷嘴4与喷嘴端盖9不会旋转，而是会沿喷嘴滑动槽23左右运动，可以实现引射器喷嘴4与混合室33之间距离的改变。

当工作氢气压力较低时，面A处受到节流作用，针阀5受向左的力，开始压缩一级弹簧6，一级弹簧6压缩量达到最大，面B与面F相接触，而二级弹簧8弹性系数较大，因此压缩量不大，如图5所示，针阀5向左运动距离为L1，L1略大于一级弹簧6的最大压缩量S1，此时四个一级喷孔54打开，使工作气体腔42、针阀空腔53、接受室32连通，高压工作氢气可以流进接受室32，由于此时二级喷孔52仍然处于关闭状态，氢气流量较小。

当工作氢气压力较高时，面C受到节流作用，针阀5受向左的力增大，使一级弹簧6与二级弹簧8压缩量都最大，面B与面F相接触，面I与面H接触，如图6所示，针阀5向左运动距离为L2，且L2等于一级弹簧6与二级弹簧8最大压缩量的和S1+S2，此时四个一级喷孔54、四个二级喷孔52都打开，使工作气体腔42、针阀空腔53、接受室32连通，高压氢气流进接受室32，此时由于所有喷孔都打开，氢气流量较大。

如图7和图8所示所示，驱动电机1工作，电机输出轴11旋转，在螺纹推动作用下，引射器喷嘴4和喷嘴端盖9可以沿喷嘴滑动槽23左右运动，当喷嘴滑动槽23上的面Q与喷嘴滑动盘43上的面P相接触时，引射器喷嘴4和混合室33之间的距离为最小值X1；当喷嘴端盖9上的面J与电机输出轴11上的面K接触时，引射器喷嘴4和混合室33之间距离为最大值X2；通过步进电机的工作，引射器喷嘴3和接受室33之间的距离可以在X1与X2之间变化，在相同的工作氢气的流量下，改变该距离会改变引射器喷嘴4喷出的工作气体射流的径向尺寸，影响引射气体流量，造成不同的引射效果，扩宽了引射器的工作范围，更好地适应燃料电池系统的各类工况。

Claims (5)

1.一种用于氢燃料电池循环系统的宽泛式引射器，其特征是：包括引射器主体、引射器喷嘴、针阀、导向套筒、喷嘴端盖、步进电机，引射器主体里设置依次相通的接受室、混合室、扩压室、混合气体出口，引射器喷嘴头部位于接受室里，引射器喷嘴尾部连接喷嘴端盖，针阀的头部设置针阀空腔、一级喷孔、二级喷孔，针阀的尾部设置一级弹簧安装座孔，针阀的头部位于引射器喷嘴的头部里并与其配合，导向套筒的头部里设置一级弹簧安装座，一级弹簧安装座的端部位于一级弹簧安装座孔里，导向套筒的尾部设置二级弹簧安装柱孔，喷嘴端盖上设置二级弹簧安装柱，二级弹簧安装柱的端部位于二级弹簧安装柱孔里，一级弹簧安装座上套有一级弹簧，二级弹簧安装柱上套有二级弹簧，针阀、导向套筒、喷嘴端盖与引射器喷嘴形成工作气体腔，引射器喷嘴上开设连通工作气体腔的工作气体入口，引射器主体上开设连通接受室的引射气体入口，步进电机连接电机固定座，圆杆分别连接电机固定座和引射器主体，喷嘴端盖位于圆杆内部，喷嘴端盖的左端设置电机连接孔，电机连接孔里设置内螺纹，步进电机连接电机输出轴，电机输出轴设置外螺纹，电机输出轴与电机连接孔相配合。

2.根据权利要求1所述的一种用于氢燃料电池循环系统的宽泛式引射器，其特征是：引射器喷嘴上设置倾斜的阀座，阀座与针阀相配合，针阀的对应位置也为倾斜结构，二者接触时，将工作气体腔与针阀空腔隔开，针阀压缩一级弹簧并移动后，一级喷孔与工作气体腔相通，针阀进一步一级弹簧使得针阀加大移动行程后，二级喷孔和一级喷孔同时与工作气体腔相通。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于氢燃料电池循环系统的宽泛式引射器，其特征是：固定支架内部设置喷嘴滑动槽，引射器喷嘴上设置喷嘴滑动盘，喷嘴滑动盘安装在喷嘴滑动槽里使得喷嘴滑动盘可沿喷嘴滑动槽横向移动；步进电机带动电机输出轴转动，在喷嘴滑动槽的限制下，喷嘴端盖和引射器喷嘴横向移动，实现引射器喷嘴与混合室之间相对距离的改变。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于氢燃料电池循环系统的宽泛式引射器，其特征是：一级弹簧未被压缩时，一级弹簧安装座与针阀的一级弹簧安装座孔的端部的距离为一级弹簧的最大压缩长度；二级弹簧未被压缩时，二级弹簧安装柱与导向套筒的二级弹簧安装柱孔的端部的距离为二级弹簧的最大压缩长度；二级弹簧的弹性系数大于一级弹簧。

5.根据权利要求3所述的一种用于氢燃料电池循环系统的宽泛式引射器，其特征是：一级弹簧未被压缩时，一级弹簧安装座与针阀的一级弹簧安装座孔的端部的距离为一级弹簧的最大压缩长度；二级弹簧未被压缩时，二级弹簧安装柱与导向套筒的二级弹簧安装柱孔的端部的距离为二级弹簧的最大压缩长度；二级弹簧的弹性系数大于一级弹簧。

Images