[發(fā)明專利]一種燃料電池可變口徑噴軌及控制方法

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• 申請日: 2022-11-24
• 公開（公告）號: CN115799567A
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 沈正陽;包孟嘉;劉志洋;陸建山
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江氫途科技有限公司
• 主分類號: H01M8/04082
• 分類號: H01M8/04082;H01M8/04089
• 代理公司: 北京志霖恒遠(yuǎn)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11435
• 代理人: 戴莉

本發(fā)明公開了一種燃料電池可變口徑噴軌及控制方法，包括混合室、噴嘴、循環(huán)氣體接口和引射管，所述混合室的兩個輸入端分別連接噴嘴和循環(huán)氣體接口，所述混合室的輸出端連接引射管；所述噴嘴包括小口徑噴嘴和大口徑噴嘴，所述小口徑噴嘴位于大口徑噴嘴的內(nèi)部，所述小口徑噴嘴的輸入端連接供氫接口，所述大口徑噴嘴的輸入端設(shè)有口徑切換開關(guān)，所述口徑切換開關(guān)上設(shè)有三個進(jìn)出口，分別連接供氫接口、混合室和大口徑噴嘴的輸入端；采用可變口徑的噴嘴結(jié)構(gòu)，根據(jù)需求流量，選擇不同的口徑的噴嘴工作，使系統(tǒng)運(yùn)行長期保持在較高過量比的情形下；采用同心式的噴嘴，共用一組混合室與引射管，節(jié)省材料成本與占用空間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種燃料電池可變口徑噴軌及控制方法。

背景技術(shù)

燃料電池系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行需要向燃料電池的陽極持續(xù)提供反應(yīng)氣體，供氣通過燃料電池陽極回路的供氫裝置實(shí)現(xiàn)。

參閱圖1，通常的燃料電池系統(tǒng)的陽極回路供氫裝置有比例閥或氫噴軌。氫噴軌通常包含引射器及噴嘴組件。其中，高壓氫氣以較高的流速通過噴嘴，在引射器中產(chǎn)生引射效果，從而帶動陽極回路內(nèi)的低壓氫氣流動，并最終進(jìn)入燃料電池電堆，滿足燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行的氫氣消耗需求。

氫噴軌的設(shè)計方案及控制方式，會顯著影響燃料電池陽極回路的氫氣過量比及壓力控制精度。

燃料電池的陽極回路是向燃料電池提供氫氣的結(jié)構(gòu)。圖一是采用氫噴軌的一般陽極回路配置的示意圖，包含減壓閥、氫噴軌、排水排氣模塊、陽極壓力傳感器等部分。

入口氫氣由氫罐內(nèi)的高壓氫氣經(jīng)過減壓閥減壓，減壓后的氫氣經(jīng)由噴嘴進(jìn)入陽極回路，高流速氫氣在引射器中與電堆陽極出口的低壓氫氣混合，通過引射作用帶動低壓氫氣流動，陽極壓力傳感器獲取入堆氫氣壓力并反饋給燃料電池控制器，燃料電池控制器通過控制噴嘴的工作，使陽極壓力維持穩(wěn)定；低壓出堆氫氣經(jīng)過排水排氣模塊排出液態(tài)水及雜質(zhì)氣體，然后經(jīng)由引射器與高流速氫氣混合后再次進(jìn)入電堆，以提升氫氣利用率。通常的，經(jīng)由引射器混合的入堆氫氣中，被引射的出堆氫氣所占比例越大，則該噴軌的過量比越大，引射效率越高。

典型的噴軌結(jié)構(gòu)如圖2所示，包含供氫接口、噴嘴、混合室、引射管、循環(huán)氣體接口。由供氫接口提供的高壓氫氣通過噴嘴進(jìn)入混合室，在混合室中與循環(huán)氣體接口流入的循環(huán)氣體混合，產(chǎn)生引射效果，并最終經(jīng)由引射管完全混合后流出；

典型的噴軌過量比曲線如圖3所示，當(dāng)流量較低時，引射過量比隨流量的增大而快速增加，并在某一流量下達(dá)到過量比最大的最佳工作點(diǎn)；之后進(jìn)一步增大流量，則會導(dǎo)致過量比的下降；

在一般的燃料電池系統(tǒng)中，可能會遇到下列問題。

1、由于氫氣過量比受噴嘴口徑和氫氣流量影響，小口徑噴嘴在較低流量下過量比大，大口徑噴嘴在較高流量下過量比大。采用單一噴嘴時，會在某些流量下，無法滿足系統(tǒng)運(yùn)行的過量比需求。

2、若采用多個噴軌組合的方式來適應(yīng)不同流量下的過量比需求，則需要多套引射器與噴嘴的組合，占用空間較大，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種燃料電池可變口徑噴軌及控制方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

本申請公開一種燃料電池可變口徑噴軌，包括混合室、噴嘴、循環(huán)氣體接口和引射管，所述混合室設(shè)有兩個輸入端和一個輸出端，所述混合室的兩個輸入端分別連接噴嘴和循環(huán)氣體接口，所述混合室的輸出端連接引射管；所述噴嘴包括小口徑噴嘴和大口徑噴嘴，所述小口徑噴嘴位于大口徑噴嘴的內(nèi)部，所述小口徑噴嘴的輸入端連接供氫接口，所述大口徑噴嘴的輸入端設(shè)有口徑切換開關(guān)，所述口徑切換開關(guān)上設(shè)有三個進(jìn)出口，三個進(jìn)出口分別連接供氫接口、混合室和大口徑噴嘴的輸入端。

作為優(yōu)選，所述小口徑噴嘴和大口徑噴嘴呈錐形結(jié)構(gòu)或紡錘形結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選，所述小口徑噴嘴和大口徑噴嘴的噴口截面為圓形或方形。