一种用于氢燃料电池氢气循环系统的引射器 |
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申请号 | CN202310806800.1 | 申请日 | 2023-07-04 | 公开(公告)号 | CN116857241A | 公开(公告)日 | 2023-10-10 |
申请人 | 浙江比洛德新能源有限公司; | 发明人 | 沈李昂; 何鑫; 王孝梁; 吴泽滨; 施爱国; 刘振坤; | ||||
摘要 | 本 发明 公开了一种用于氢 燃料 电池 氢气循环系统的引射器,包括有壳体,所述壳体内设有 喷嘴 针、喷嘴针精准滑动驱动机构、喷嘴,所述壳体自左向右的方向上分为引射室、混合室和扩散室,所述喷嘴一端设在引射室内,另一端延伸至混合室内,所述喷嘴内设有喷嘴流道,所述喷嘴针滑动安装在所述喷嘴流道内,所述壳体位于所述引射室的 侧壁 上开设有高压气体进口,所述高压气体进口与喷嘴流道相互连通,所述壳体位于所述混合室的侧壁上开设有低压气体进口。本发明通 过喷 嘴针精准滑动驱动机构根据 氢 燃料电池 的功率精准控制喷嘴针在喷嘴流道上的精确移动,实现喷嘴流道的变径流道通径的连续变化,实现高效引射。 | ||||||
权利要求 | 1.一种用于氢燃料电池氢气循环系统的引射器,其特征在于,包括有壳体(1),所述壳体内设有喷嘴针(2)、喷嘴针精准滑动驱动机构(5)、喷嘴(6),所述壳体(1)自左向右的方向上分为引射室(11)、混合室(12)和扩散室(13),所述喷嘴(6)一端设在引射室(11)内,另一端延伸至混合室(12)内,所述喷嘴(6)内设有喷嘴流道(90),所述喷嘴针(2)滑动安装在所述喷嘴流道(90)内,,所述壳体(1)位于所述引射室(11)的侧壁上开设有高压气体进口(110),所述高压气体进口(110)与喷嘴流道(90)相互连通,所述壳体(1)位于所述混合室(12)的侧壁上开设有低压气体进口(120),所述喷嘴针精准滑动驱动机构(5)控制所述喷嘴针(2)精准滑动。 |
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说明书全文 | 一种用于氢燃料电池氢气循环系统的引射器技术领域背景技术[0002] 在全球日益增长的能源需求,愈演愈烈的环境危机,与日俱增的人口压力等背景下,新型的清洁能源利用方式越来越受人们重视。其中,氢燃料电池具有高效率、零污染、低噪音、启动快、寿命长等优势,具有广阔的发展前景,是下一代清洁能源和车用动力的发展方向。 [0003] 氢燃料电池通过电化学反应,直接将氢气的化学能转化为电能而无需燃烧,因而具有高效率,高功率密度,零排放,低噪音等优势,非常适合作为汽车动力。在氢燃料电池汽车的氢气循环系统中,通常使用氢循环泵作为氢气循环的装置,但氢循环泵加工制造难度大、成本高、可靠性差且会额外增加耗功以及重量。而引射器具有结构简单、可靠性高、成本低,并且在系统中无寄生功耗,重量轻等突出优点,具有替代氢循环泵的发展趋势。 [0004] 在实际的应用中,引射器的引射性能的评价指标是引射率,引射率是二次流质量流量与主流质量流量之比。车载燃料电池系统负荷变化区间很宽,通常在5%‑100%额定值之间变化,传统的引射器不能根据燃料电池汽车功率的变化精准的调节喷嘴的口径,能保持较高引射率的工作范围较窄,在燃料电池低负荷工作时其引射率明显下降,往往无法满足系统需求,现有的针对这个问题也进行了一些改进如专利CN109873181,一种适用于氢燃料电池汽车系统的引射器,将引射器的喷嘴设计为多个流通孔道,包括中心流通孔道以及关于中心流通孔道对称的至少一对流通孔道。当燃料电池在不同功率下调节时,通过使用具有不同大小喉部直径的流通孔道供应主流氢气, 来实现高效引射二次流氢气的目标,但是这种方式不是精准连续的,因此需要提出一种能够精准连续的改变喷嘴通径从而提高引射效率的用于氢燃料电池氢气循环系统的引射器。 发明内容[0005] 本发明的目的,是为了解决背景技术中的问题,提供一种用于氢燃料电池氢气循环系统的引射器。 [0006] 本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:一种用于氢燃料电池氢气循环系统的引射器,包括有壳体,所述壳体内设有喷嘴针、喷嘴针精准滑动驱动机构、喷嘴,所述壳体自左向右的方向上分为引射室、混合室和扩散室,所述喷嘴一端设在引射室内,另一端延伸至混合室内,所述喷嘴内设有喷嘴流道,所述喷嘴针滑动安装在所述喷嘴流道内,,所述壳体位于所述引射室的侧壁上开设有高压气体进口,所述高压气体进口与喷嘴流道相互连通,所述壳体位于所述混合室的侧壁上开设有低压气体进口,所述喷嘴针精准滑动驱动机构控制所述喷嘴针精准滑动。 [0007] 本发明通过高压气体进口将主流氢气输送至引射室,喷嘴针精准滑动驱动机构根据氢燃料电池的功率精准控制喷嘴针在喷嘴流道上的精确移动,控制了喷嘴针开放的占空比,从而实现喷嘴流道的变径流道通径的连续变化,使得主流氢气保持高速从变径流道的出口流出,使得从低压气体进口的二次流体被卷吸,实现二次流的引射,实现高效引射率。 [0009] 所述喷嘴针朝向所述喷嘴流道的出口端的一端为口径逐渐缩小的变径段,所述喷嘴流道的出口端为一段口径逐渐缩小的变径流道,所述变径段的变化的趋势与所述变径流道的渐变趋势相同,通过变径流道和变径段的配合,使得喷嘴针在滑动的过程中,使得变径流道的出口通径能够连续变化,同时通过变径段的变化的趋势与所述变径流道的渐变趋势相同,防止喷嘴针在移动过程中撞击到变径流道的侧壁。 [0010] 优选地,所述喷嘴针精准滑动驱动机构包括有主动齿条、主动齿轮、电位器、被动齿轮、被动齿条、旋转电机,所述主动齿条固定设在所述喷嘴针起始端的侧壁上,所述主动齿条沿着所述喷嘴针的长度方向设置,所述主动齿轮与所述主动齿条相互啮合,所述旋转电机的输出端与所述主动齿轮的中部固定连接,所述旋转电机的电机端固定在所述壳体的侧壁上,所述被动齿条设在所述喷嘴针起始端的侧壁上,所述被动齿条沿着所述喷嘴针的长度方向设置,所述被动齿条与所述主动齿条位于所述喷嘴针相对的两侧,所述被动齿轮与所述被动齿条相互啮合,所述电位器的旋钮固定在所述被动齿轮的中部,所述电位器固定在所述壳体上,电机的旋转,通过控制器进行控制,这是现有成熟的技术,因此不在本案进行赘述。 [0011] 本发明通过控制器控制电机的旋转,电机控制主动齿轮的旋转,从而控制主动齿条的左右移动,从而带动喷嘴针的左右移动,实现变径流道的出口通径的连续变化,喷嘴针移动的同时带动被动齿条的移动,从而带动被动齿轮的转动,被动齿轮的转动,带动电位器旋钮的变化,电位器将齿轮的旋转变化,输送至控制器,反馈喷嘴针的伸缩行程,从而达到自动精准控制喷嘴针的移动,所述旋转电机为能正反转的减速电机,减速电机自带减速齿轮,可以使得旋转电机的旋转速度减慢,保证控制器有充分的时间接收电位器的反馈信息,从而提高控制的精度与准确性。 [0012] 优选地,所述旋转电机与所述主动齿轮之间设有断电脱开机构,所述断电脱开机构包括有旋转盘、压缩弹簧、电磁柱、导向柱,防脱块、被吸块,所述旋转盘与所述旋转电机的输出端固定连接,所述旋转盘与所述主动齿轮平行设置,所述压缩弹簧设在所述旋转盘与所述主动齿轮之间,所述压缩弹簧的一端与旋转盘固定连接,所述压缩弹簧的另一端与所述主动齿轮固定连接,所述主动齿轮的中部开设有通孔,所述导向柱贯穿所述通孔,所述导向柱的一端与所述壳体的侧壁固定连接,另一端固定所述防脱块,所述电磁柱设在所述旋转盘靠近主动齿轮的一侧,所述主动齿轮上开设有与所述电磁柱相互配合的磁吸槽,所述磁吸槽的槽底设有所述被吸块,被吸块可以为铁。 [0013] 优选地,所述喷嘴针的后端与壳体之间设有推动压缩弹簧。 [0014] 本发明通过断电脱开机构,当遇到突然断电的情况,电磁柱失电,压缩弹簧将主动齿轮弹开,使得主动齿轮与齿条分离,使得高压气体进口的气体可以带着喷嘴针移动将喷嘴口封闭,从而防止大功率运行下,突然断电时,会有高压气流继续加入到氢燃料电池内部,损坏质子交换膜的问题。 [0015] 本发明通过导向柱使得主动齿轮受到压缩弹簧的弹力与旋转盘脱开时能够与旋转盘始终保持在一个水平面上,便于下次电磁柱与被吸块的吸合,通过防脱块防止主动齿轮脱离导向柱。 [0016] 优选地,所述喷嘴针与所述壳体之间设有密封伸缩管,所述密封伸缩管设在引射室且位于高压气体进口的后方,所述密封伸缩管包括有截面呈波浪状的软管,所述软管的一端与所述喷嘴针的侧壁密封固定连接,所述软管的另一端固定连接有固定环,所述固定环的侧壁与与所述壳体的侧壁密封固定连接。 [0017] 本发明通过密封伸缩管的截面呈波浪状的软管,使得喷嘴针能够进行移动,同时通过密封伸缩管的密封固定,保证喷嘴针能够移动的同时,保证密封性,使得氢气不会进入至密封伸缩管的后端,隔绝电气与机械的部分,防止电气部分发生故障,如果没有密封,容易引起氢气泄漏,同时系统运行时会有水汽产生,也容易引起电气部分短路的问题,增加密封使得使用更加的安全。 [0018] 优选地,所述喷嘴针与所述喷嘴流道保持水平且位于喷嘴流道的中心轴上,可以保证气流均匀喷射。 [0019] 优选地,所述喷嘴针位于所述密封伸缩管的后方设有第一平衡滑块,所述喷嘴针的末端设有第二平衡滑块。 [0020] 本发明通过两个平衡滑块的设计,使得喷嘴针始终保持平衡,防止喷嘴针移动过程中,发生倾斜,撞击喷嘴流道的侧壁。 [0021] 所述第一平衡滑块与所述第二平衡滑块均包括有与所述喷嘴针的侧壁固定连接的滑块本体,所述滑块本体沿着长度方向固定连接有两个以上,每个所述滑块本体的侧壁上均开设有滚珠凹槽,所述滚珠凹槽内嵌有滚珠,所述滚珠可在所述滚珠凹槽内滚动,所述滚珠凹槽沿着滑块本体的周向方向上成型有三个以上,本发明通过滑块本体使得平衡滑块与喷嘴针的侧壁固定连接,使得滑块本体可以跟随喷嘴针移动,通过滚珠,使得平衡滑块与壳体的侧壁滑动连接,从而实现喷嘴针的滑动连接。 [0023] 本发明通过外螺纹和内螺纹的设计,使得第一平衡滑块的滑块本体之间能够调整距离,可以根据实际情况,进行微调节滑块本体在喷嘴针上的位置,使得喷嘴针的平衡度保持的更加的精准。 [0024] 优选地,扩散室呈喇叭状,使得混合后的主流氢气和二次流能够混合扩散。 [0025] 优选地,所述主动齿条的两侧均设有限位块,所述限位块固定在所述喷嘴针的侧壁,可以防止主动齿轮旋转到主动齿条的两侧后发生继续旋转,导致主动齿轮脱离主动齿条的问题,也能保证第二平衡滑块从滑槽内脱落,导致喷嘴针滑动方向的偏离。 [0026] 综上所述,本发明的有益效果:1.本发明通过高压气体进口将主流氢气输送至引射室,喷嘴针精准滑动驱动机构根据氢燃料电池的功率精准控制喷嘴针在喷嘴流道上的精确移动,控制了喷嘴针开放的开度,从而实现喷嘴流道的变径流道通径的连续变化,使得主流氢气保持高速从变径流道的出口流出,使得从低压气体进口的二次流体被卷吸,实现二次流的引射,实现高效引射率。 [0027] 2.本发明通过喷嘴针精准滑动驱动机构控制喷嘴针的移动,控制主流氢气从变径流道的出口流出的流量,从而改变二次流的压力,与传统的相比无需采用比例阀,可实现流量的调节,极大的减少了成本。 [0028] 3.本发明通过控制器控制电机的旋转,电机控制主动齿轮的旋转,从而控制主动齿条的左右移动,从而带动喷嘴针的左右移动,实现变径流道的出口通径的连续变化,喷嘴针移动的同时带动被动齿条的移动,从而带动被动齿轮的转动,被动齿轮的转动,带动电位器旋钮的变化,电位器将齿轮的旋转变化,输送至控制器,反馈喷嘴针的伸缩行程,从而达到自动精准控制喷嘴针的移动。 [0029] 4.本发明通过断电脱开机构,当遇到突然断电的情况,电磁柱失电,压缩弹簧将主动齿轮弹开,使得主动齿轮与齿条分离,推动压缩弹簧由于弹力推动喷嘴针移动同时喷嘴针受到高压气流的辅助推动,将变径流道的出口封闭,从而防止大功率运行下,突然断电时,会有高压气流继续加入到氢燃料电池内部,损坏质子交换膜的问题。 [0030] 5.本发明通过密封伸缩管的截面呈波浪状的软管,使得喷嘴针能够进行移动,同时通过密封伸缩管的密封固定,保证喷嘴针能够移动的同时,保证密封性,使得氢气不会进入至密封伸缩管的后端,隔绝电气与机械的部分,防止电气部分发生故障,如果没有密封,容易引起氢气泄漏,同时系统运行时会有水汽产生,会容易引起电气部分短路的问题,影响引射器使用的安全性。附图说明 [0031] 图1是本发明引射器的剖面示意图;图2是本发明喷嘴针后退后的状态示意图; 图3是本发明第一平衡滑块的立体示意图; 图4是本发明实施例1的喷嘴针精准滑动驱动机构没有断电脱开机构的剖视示意图; 图5是本发明实施例1的喷嘴针精准滑动驱动机构设有断电脱开机构的剖视示意图; 图6是本发明图5的A处的放大示意图; 图7是本发明断电脱开机构将主动齿轮脱开后的剖视示意图; 图8是本发明主动齿轮上的磁吸槽的示意图。 具体实施方式[0032] 以下具体实施例仅仅是对本发明的解释,其并不是对本发明的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改,但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。 [0033] 下面结合附图以实施例对本发明进行详细说明。实施例 [0034] 如图1‑4所示,一种用于氢燃料电池氢气循环系统的引射器,包括有壳体1,所述壳体内设有喷嘴针2、喷嘴针精准滑动驱动机构5、喷嘴6,所述壳体1自左向右的方向上分为引射室11、混合室12和扩散室13,扩散室13呈喇叭状,所述喷嘴6一端设在引射室11内,另一端延伸至混合室12内,所述喷嘴6内设有喷嘴流道90,所述喷嘴针2与所述喷嘴流道90保持水平,所述喷嘴针2滑动安装在所述喷嘴流道90内,所述壳体1位于所述引射室11的侧壁上开设有高压气体进口110,所述高压气体进口110与喷嘴流道90相互连通,所述壳体1位于所述混合室12的侧壁上开设有低压气体进口120,所述喷嘴针精准滑动驱动机构5控制所述喷嘴针2精准滑动,所述喷嘴针精准滑动驱动机构5包括有主动齿条51、主动齿轮52、电位器53、被动齿轮54、被动齿条55、旋转电机56,所述主动齿条51固定设在所述喷嘴针2起始端的侧壁上,所述主动齿条52沿着所述喷嘴针2的长度方向设置,所述主动齿轮52与所述主动齿条51相互啮合,所述旋转电机56的输出端与所述主动齿轮52的中部固定连接,所述旋转电机 56的电机端固定在所述壳体1的侧壁上,所述被动齿条55设在所述喷嘴针2起始端的侧壁上,所述被动齿条55沿着所述喷嘴针2的长度方向设置,所述被动齿条55与所述主动齿条51位于所述喷嘴针2相对的两侧,所述被动齿轮54与所述被动齿条55相互啮合,所述电位器53的旋钮固定在所述被动齿轮的中部,所述电位器固定在所述壳体1上,所述喷嘴针2朝向所述喷嘴流道90的出口端的一端为口径逐渐缩小的变径段,所述喷嘴流道90的出口端为一段口径逐渐缩小的变径流道,所述变径段的变化的趋势与所述变径流道的渐变趋势相同,所述主动齿条51的两侧均设有限位块520,所述限位520固定在所述喷嘴针2的侧壁上。 [0035] 如图2‑3所示,所述喷嘴针2与所述壳体之间设有密封伸缩管4,所述密封伸缩管4设在引射室11且位于高压气体进口110的后方,所述密封伸缩管4包括有截面呈波浪状的软管41,所述软管41的一端与所述喷嘴针2的侧壁密封固定连接,所述软管41的另一端固定连接有固定环42,所述固定环42的侧壁与与所述壳体1的侧壁密封固定连接,所述喷嘴针2位于所述密封伸缩管4的后方设有第一平衡滑块21,所述喷嘴针2的末端设有第二平衡滑块22,所述第一平衡滑块21与所述第二平衡滑块22均包括有与所述喷嘴针2的侧壁固定连接的滑块本体221,所述滑块本体221沿着长度方向固定连接有两个以上,每个所述滑块本体 221的侧壁上均开设有滚珠凹槽222,所述滚珠凹槽222内嵌有滚珠223,所述滚珠223可在所述滚珠凹槽222内滚动,所述滚珠凹槽222沿着滑块本体221的周向方向上成型有三个以上,所述喷嘴针2对应第一平衡滑块21的外侧壁上设有外螺纹20,所述滑块本体221上设有与所述外螺纹20相互配合的内螺纹220。 实施例 [0036] 与实施例1不同的是,如图5‑8所示,所述旋转电机56与所述主动齿轮52之间设有断电脱开机构7,所述断电脱开机构7包括有旋转盘71、压缩弹簧72、电磁柱73、导向柱74,防脱块75、被吸块76,所述旋转盘71与所述旋转电机56的输出端固定连接,所述旋转盘71与所述主动齿轮52平行设置,所述压缩弹簧72设在所述旋转盘71与所述主动齿轮52之间,所述压缩弹簧72的一端与旋转盘71固定连接,所述压缩弹簧72的另一端与所述主动齿轮52固定连接,所述主动齿轮52的中部开设有通孔511,所述导向柱74贯穿所述通孔511,所述导向柱74的一端与所述壳体1的侧壁固定连接,另一端固定所述防脱块75,所述电磁柱73设在所述旋转盘71靠近主动齿轮52的一侧,所述主动齿轮52上开设有与所述电磁柱73相互配合的磁吸槽510,所述磁吸槽510的槽底设有所述被吸块76。 [0037] 如图1所示,所述喷嘴针2的后端与壳体1之间设有推动压缩弹簧200,当喷嘴针精准滑动驱动机构5在断电脱开机构7之下工作时,推动压缩弹簧200处于压缩状态,当断电脱开机构7控制主动齿轮52与主动齿条51脱开后,推动压缩弹簧200由于弹力推动喷嘴针2移动同时喷嘴针2受到高压气流的辅助推动将变径流道的出口封闭,从而防止大功率运行下,突然断电时,会有高压气流继续加入到氢燃料电池内部,产生损坏质子交换膜的问题。 [0038] 同时保证控制氢气的阀门关闭后,车辆不水平的时候,喷嘴针2受到弹力不会向后移动,能够将变径流道的出口始终保持封闭,管道上残留的氢气不会从变径流道的出口流出。 [0039] 工作原理:如图1‑8所示,使用时,控制器根据氢燃料电池的功率,控制电机56的旋转,电机56控制主动齿轮52的旋转,从而控制主动齿条52的左右移动,从而带动喷嘴针1的左右移动,实现需要移动到的位置,于此同时喷嘴针2的左右移动带动被动齿条55的移动,从而带动被动齿轮54的转动,被动齿轮54的转动,带动电位器旋钮的变化,电位器53将齿轮的旋转变化,输送至控制器,反馈喷嘴针2的伸缩行程,之后从高压气体进口110进入的主流氢气为低速高压气体,通过喷嘴流道从变径流道喷出,并在喷嘴出口的位置形成高速气流,二次流体从低压气体进口120进入,使得二次流体被卷吸,实现二次流的引射,两股气流在混合室12混合,然后进入扩散室13后使使速度与压力同步慢慢降低,最后从出口流出进入燃料电池中。 [0040] 使用过程中,电磁柱73通电,压缩弹簧72压缩,主动齿轮52与旋转盘71吸合,使得电机能够带动主动齿轮52旋转,当遇到突然断电的情况,电磁柱73失电,压缩弹簧72将主动齿轮52弹开,使得主动齿轮52与齿条分离,推动压缩弹簧200由于弹力推动喷嘴针2移动同时喷嘴针2受到高压气流的辅助推动将变径流道的出口封闭,从而防止大功率运行下,突然断电时,会有高压气流继续加入到氢燃料电池内部,产生损坏质子交换膜的问题。 |