[發明專利]適用于氫燃料電池系統的多噴嘴引射器及氫燃料電池系統

在審

• 申請號: 202110251697.X
• 申請日: 2021-03-08
• 公開（公告）號: CN112855630A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 王雷;宋亞杰;杜志強
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: F04F5/16
• 分類號: F04F5/16;F04F5/46;H01M8/04082;H01M8/04089
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張慶騫

本發明屬于引射器和燃料電池領域，提供了一種適用于氫燃料電池系統的多噴嘴引射器及氫燃料電池系統。該多噴嘴引射器包括一次流管、多噴嘴結構、吸入室、二次流入口、混合室和擴散室；一次流管、多噴嘴結構、混合室和擴散室沿軸線依次連通；所述吸入室和二次流入口分別設置在多噴嘴結構兩側，且均與混合室連通；一次流管的數量與多噴嘴結構中的噴嘴數量相等且一一對應連通；一次流管用于接收減壓后的高壓氫氣，在多噴嘴結構出口形成低壓區域，以吸入二次流入口連通的燃料電池陽極出口處的氣體，再經混合室混合之后送入燃料電池；其中，多噴嘴結構中各個噴嘴的工作狀態由燃料電池的輸出功率大小決定。

技術領域

本發明屬于引射器和燃料電池領域，尤其涉及一種適用于氫燃料電池系統的多噴嘴引射器及氫燃料電池系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

質子交換膜燃料電池是一種將氫氣的化學能轉化為電能的能量轉換裝置，由于其具有效率高、啟動快、功率密度高、運行聲音小等優點，成為替代內燃機作為汽車的動力源泉的綠色替代品。供氫子系統作為燃料電池中重要的子系統之一，通常使用機械泵完成對氫氣的再循環利用，以提高燃料電池的氫利用率，但機械泵造價高、密封性差、穩定性差且會產生額外功率消耗。引射器具有成本低、密封性好、噪音低，并且在使用過程中無寄生功率消耗等優點，有著替代機械泵的發展趨勢。

引射器是一種應用廣泛的流體機械，利用工作流體的射流來實現能量的轉換。在燃料電池的實際應用中，傳統引射器的性能主要是由燃料電池的輸出功率決定。引射器的引射性能評價指標是再循環率，即為二次流質量流量與一次流質量流量的比值。在燃料電池中系統中，通常需要氫過量比大于1.5，對應所設計的引射器的再循環率大于0.5。通常燃料電池汽車面臨著高速、低速、停滯等運行狀況，這就要求引射器在較寬的功率范圍內高效工作；當傳統引射器偏離其設計的工況點之后，傳統引射器的性能會大幅度衰減，這是阻礙引射器廣泛應用于氫燃料電池系統的主要原因。目前，有一種可變噴嘴引射器，通過可控噴針調整噴嘴的大小來改變噴射器使用的工況范圍，雖然可以解決傳統引射器工作范圍狹窄的問題。但是，發明人發現，由于噴針的位置需要高高精度控制，且其需要穩定的工作環境，這會將引射器的驅動裝置變得極為復雜，不太適用于動態運行的車用燃料電池汽系統中。

發明內容

為了解決上述背景技術中存在的技術問題，本發明的第一個方面提供一種適用于氫燃料電池系統的多噴嘴引射器，其能夠根據燃料電池輸出功率的大小自動切換適用不同的噴嘴，可以讓引射器在燃料電池大范圍輸出功率下工作且具有良好的性能。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種適用于氫燃料電池系統的多噴嘴引射器，包括一次流管、多噴嘴結構、吸入室、二次流入口、混合室和擴散室；

所述一次流管、多噴嘴結構、混合室和擴散室沿軸線依次連通；所述吸入室和二次流入口分別設置在多噴嘴結構兩側，且均與混合室連通；其中，一次流管的數量與多噴嘴結構中的噴嘴數量相等且一一對應連通；

所述一次流管用于接收減壓后的高壓氫氣，在多噴嘴結構出口形成低壓區域，以吸入二次流入口連通的燃料電池陽極出口處的氣體，再經混合室混合之后送入燃料電池；其中，多噴嘴結構中各個噴嘴的工作狀態由燃料電池的輸出功率大小決定。

作為一種實施方式，所述多噴嘴結構包括圓柱段和漸縮段，處于漸縮段的部分為圓錐形；處于圓柱段的部分為圓柱形。

作為一種實施方式，所述多噴嘴結構為共軸雙噴嘴、對焦雙噴嘴、聚焦三噴嘴或聚焦四噴嘴。

作為一種實施方式，所述共軸雙噴嘴包括第一噴嘴和第二噴嘴，第一噴嘴和第二噴嘴的流通孔道沿引射器的軸線開設，其中第一噴嘴的喉部面積小于第二噴嘴的喉部面積。

作為一種實施方式，第一噴嘴的出口為圓形，第二噴嘴的出口為環形。