一种可分段控制的氢气引喷器的制作方法

1.本发明涉及氢气引喷技术领域，更具体地说，它涉及一种可分段控制的氢气引喷器。


背景技术：

2.氢燃料电池系统核心反应部件为氢燃料电堆，氢燃料电堆的阳极(氢气侧)需要不断的氢气供给与氢气循环。
3.氢燃料电堆在发电反应过程中所需要的氢气压力为0.01-0.2兆帕，并且需要根据发电功率不同来不断调整压力，而氢瓶经过一级减压之后的压力一般为1兆帕左右，所以需要一种二次减压装置来维持氢燃料电堆内部压力。
4.氢燃料电堆是将氢气与氧气进行电化学反应生成水与电，所以在发电过程中会伴随着大量的水产生。水会附着在反应膜电极表面，影响氢气与氧气的结合反应，进而造成氢燃料电堆功率下降甚至损坏。所以需要一种氢气循环装置，将氢燃料电堆内部氢气不断循环，在循环过程中通过汽水分离器等装置将水分离，通过排水阀排出。
5.目前氢气供给解决方案为比例阀调压或氢气喷射器调压；氢气循环解决方案为氢气循环泵或引射器。氢气的供给量越大，氢燃料电堆的功率也会越大，氢燃料电池系统在运行时往往需要变换功率，比例阀调压具有调节稳定优点，但是无法快速调节压力，氢气喷射器具有快速调压功能，但是存在控制难度大，无法精准控制的弊端。
6.因此，如何更好地控制氢气的供给量正是本技术所要解决的技术问题。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的不足，提供一种可分段控制的氢气引喷器，该可分段控制的氢气引喷器通过分段控制主喷射器和副喷射器启动，从而达到低功率阶段的氢气供给，以及全功率阶段的氢气供给。
8.为实现上述目的，提供了如下技术方案：
9.一种可分段控制的氢气引喷器，其包括有主喷射器、副喷射器和引射器，引射器开设有主入口、副入口、旁路通道和引射混合腔，主喷射器的出口与主入口连接，副喷射器的出口与副入口连接，主入口和副入口均与旁路通道连通，旁路通道在引射混合腔处开设有汇聚喷口，旁路通道通过汇聚喷口与引射混合腔连通。
10.综上所述，上述技术方案具有以下有益效果：本发明采用主喷射器和副喷射器两个喷射器进行氢气的供给，氢气从主喷射器和副喷射器的入口进入，分别通过主喷射器和副喷射器进入旁路通道，然后再通过汇聚喷口一起喷到引射混合腔，引射器则通过汇聚喷口喷出的氢气将循环回引射器的氢气一起引射到引射混合腔混合后从引射器的出氢口喷出。喷射器具有快速调压功能，但是存在控制难度大、无法精准控制的问题，本发明通过两个喷射器进行分段控制喷射氢气，从而达到不同功率阶段的供氢需求，如氢气系统在低功率阶段，氢气需求量小，则只启用主喷射器或副喷射器中的一个，当氢气系统需要全功率运
行时则再开启另一个喷射器一起提供氢气。通过主喷射器和副喷射器的设置将控制氢气分为两个喷射阀，既可以实现快速调节，又能分别控制两个喷射阀实现较轻松完成调节压力的作用。本发明的喷射器可以是比例阀或喷射阀，优选为喷射阀。
附图说明
11.图1为一种可分段控制的氢气引喷器的第一剖视图示意图；
12.图2为一种可分段控制的氢气引喷器的引射器剖视图示意图；
13.图3为图1中a区放大图示意图；
14.图4为图1中b区放大图示意图；
15.图5为一种可分段控制的氢气引喷器的弹性件示意图；
16.图6为一种可分段控制的进氢管剖视图示意图；
17.图7为一种可分段控制的引射器立体图示意图；
18.图8为一种可分段控制的氢气引喷器的第二剖视图示意图；
19.图9为一种可分段控制的氢气引喷器的连接喷管结构示意图。
20.附图标记：10、主喷射器；11、阀芯；12、弹性件；13、密封圈；20、副喷射器；30、引射器；31、主入口；32、副入口；33、旁路通道；34、汇聚喷口；35、引射混合腔；36、回氢喷口；37、出氢喷口；38、连接槽；39、螺纹孔；40、外侧喷头；41、旁路喷口；50、内侧喷头；51、主喷口；60、进氢管；61、进氢通道；62、出氢口；63、进氢口；70、连接件；71、连接孔；72、组装孔；80、连接喷管；81、连接片；811、管口；812、安装孔；82、连接管。
具体实施方式
21.下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
22.如图1和图2所示，一种可分段控制的氢气引喷器，其包括有主喷射器10、副喷射器20和引射器30，引射器30开设有主入口31、副入口32、旁路通道33和引射混合腔35，主喷射器10的出口与主入口31连接，副喷射器20的出口与副入口32连接，主入口31和副入口32均与旁路通道33连通，旁路通道33在引射混合腔35处开设有汇聚喷口34，旁路通道33通过汇聚喷口34与引射混合腔35连通。本发明采用主喷射器10和副喷射器20两个喷射器进行氢气的供给，氢气从主喷射器10和副喷射器20的入口进入，分别通过主喷射器10和副喷射器20进入旁路通道33，然后再通过汇聚喷口34一起喷到引射混合腔35，引射器30则通过汇聚喷口34喷出的氢气将循环回引射器30的氢气一起引射到引射混合腔35混合后再从引射器30的出氢喷口37喷出。喷射器具有快速调压功能，但是存在控制难度大、无法精准控制的问题，本发明通过两个喷射器进行分段控制喷射氢气，从而达到不同功率阶段的供氢需求，如氢气系统在低功率阶段，氢气需求量小，则只启用主喷射器10或副喷射器20中的一个，当氢气系统需要全功率运行时则再开启另一个喷射器一起提供氢气。通过主喷射器10和副喷射器20的设置将控制氢气分为两个喷射器，既可以实现快速调节，又能分别控制两个喷射阀实现较轻松完成调节压力的作用。本发明的喷射器可以是比例阀或喷射阀，优选为喷射阀。
23.如图3所示，汇聚喷口34处设置有外侧喷头40和内侧喷头50，外侧喷头40的半径大于内侧喷头50的半径，内侧喷头50设置在外侧喷头40内，内侧喷头50与主喷射器10的出口连通从而形成主喷口51，外侧喷头40和内侧喷头50之间形成有旁路喷口41，旁路喷口41与旁路通道33连通。引射器30原理为喷射气体产生负压区，被引射气体在负压驱动下进入引射混合腔35混合后一同喷出，需要配合比例阀或者喷射器使用，才可达到引射目的。采用比例阀加引射器30或喷射器加引射器30，在氢气系统为低功率阶段，气体需求量小，所以引射流量就会很小，无法达到氢气循环的目的。本发明通过外侧喷头40和内侧喷头50的设置，喷射口采用大小口，分段式控制方式，在低功率段开副喷射器20通过旁路喷口41喷出氢气，增加开启时间，加大引射量，以此来达到全功率引射效果，完全代替氢气循环泵。
24.旁路喷口41的面积小于主喷口51的面积。在低功率段启用副喷射器20通过旁路喷口41引射氢气，因为旁路喷口41的面积小，所以可以增加开启时间，加大引射量，以此来达到全功率引射效果，完全代替氢气循环泵。
25.外侧喷头40的半径大于和内侧喷头50的半径，且小于内侧喷头50半径的倍。当述外侧喷头40的半径等于内侧喷头50半径的倍时，则主喷口51的面积和旁路喷口41的面积相等，因此外侧喷头40的半径在内侧喷头50的半径到内侧喷头50半径倍的范围内时，旁路喷口41的面积才会小于主喷口51的面积。
26.如图4和图5所示，主喷射器10和副喷射器20均包括有设置在出口处的阀芯11和弹性件12，弹性件12设置在阀芯11开启时移动方向的一侧，并与阀芯11抵触设置。当主喷射器10和副喷射器20断电后阀芯11失去磁力吸附不住，弹性件12则用于抵住阀芯11让阀芯11复位关闭阀门。
27.弹性件12为平板弹簧。平板弹簧可以提高阀芯11的径向束缚力，从而不让阀芯11摇晃，让阀芯11只做上下的开闭运动，减少了阀芯11的摩擦损耗，该设置使得阀杆与阀芯11减少接触，减少开关磨损，以此达到延长引喷系统使用寿命的目的。
28.如图6所示，还包括有进氢管60和连接件70；进氢管60开设有进氢通道61和两个出氢口62，进氢通道61的一端与外界导通从而在进氢管60的一端形成用于接入氢气的进氢口63，另一端不与外界导通，两个出氢口62位于进氢管60的一侧，并均与进氢通道61连通；主喷射器10和副喷射器20的入口分别与两个出氢口62连接，进氢管60和引射器30通过连接件70连接，用于将主喷射器10固定在进氢管60和引射器30之间，以及将副喷射器20固定在进氢管60和引射器30之间。
29.主喷射器10和副喷射器20均通过进氢管60和引射器30从两侧夹紧，进氢管60和引射器30通过连接件70固定，使得主喷射器10和副喷射器20的入口与出氢口62卡合连通、主喷射器10的出口与主入口31卡合连通，以及副喷射器20的出口与副入口32卡合连通，从而形成一体，该一体化设计，结构友好，非常便于氢燃料电池系统安装，大大节省系统空间，进氢管60用于将一个入口的氢气导入到主喷射器10和副喷射器20，又能跟连接件70和引射器30配合将主喷射器10和副喷射器20夹紧，可以避免主喷射器10和副喷射器20的出入口处发生漏氢的情况。
30.如图7所示，连接件70的一端与进氢管60固定连接，另一端通过螺栓与引射器30连接。具体的，连接件70与引射器30连接的一端开设有连接孔71，引射器30开设有供连接件70
插入的连接槽38，以及贯穿连接槽38的螺纹孔39，连接件70上还开设有若干组装孔72。组装时，将主喷射器10的出口放入主入口31，将副喷射器20的出口放入副入口32，然后将进氢管60的进氢口63与主喷射器10和副喷射器20的入口对齐连接，当进氢口63与主喷射器10和副喷射器20的入口连接后，则连接件70位于连接槽38内，同时连接孔71与螺纹孔39对齐，最后通过螺栓将连接件70与引射器30连接在一起即可完成组装。连接件70上的组装孔72用于将氢气引喷器组装到目标位置。连接管82既作为连接进氢管60和引射器30的部件，又可以作为安装的一个支点，使得本氢气引喷器的结构紧凑、节省材料和空间。
31.主喷射器10的入口和出口处均设置有密封圈13，副喷射器20的入口和出口处同样均设置有密封圈13。密封圈13为橡胶圈，或其他具有密封效果的材质制成。连接件70插入连接槽38的方向和螺纹孔39的延伸方向垂直，即主喷射器10沿上下方向与出氢口62和主入口31卡合，副喷射器20沿上下方向与出氢口62和副入口32卡合，螺纹孔39的延伸方向为前后方向，使得密封圈13的受力方向是螺纹孔39内的螺栓的径向，让螺栓与螺纹孔39拧紧后可以跟牢固，避免松动的现象发生。
32.如图8所示，引射器30还包括有回氢口和出氢口62，回氢口和出氢口62均与引射混合腔35连通，回氢口位于外侧喷头40和内侧喷头50处，回氢口和出氢口62处均设置有可拆卸的连接喷管80。连接喷管80与引射器30螺栓连接，需要更换不同管径的连接喷管80时可以方便地更换，可根据不同功率系统、不同电堆进行仿真模拟，根据模拟结果来调整出氢喷管的管径大小，以此来适配不同功率系统，不同电堆。
33.如图9所示，连接喷管80包括连接片81和连接管82，连接片81开设有一个管口811和若干安装孔812，连接管82设置在管口811处与连接片81连接。引射器30的回氢口和出氢口62处均设置有螺纹孔39，当连接片81的管口811和出氢喷口37对齐后，安装孔812也和螺纹孔39对齐，通过螺栓可以出氢喷管安装到引射器30上。出氢喷管的连接管82有多种不同孔径大小，可根据不同功率系统选择不同孔径的出氢喷管。
34.本发明具有以下有益效果：1、结构上将控制器、喷射器、引射器30三者进行一体化结构设计，结构友好且美观，安装方便。2、引射器30为机械设计，无寄生功耗存在，相比于氢气循环泵可节省系统至少2kw功率。3、控制：(1)阀口控制采用peak_hold控制方式，可解决阀口发热问题。(2)采用高速控制方式，响应频率高达10khz以上，有效解决排气、排水等引起的压力波动。4、汇聚喷口34采用大小口，分段式控制方式。在低功率段开小口，增加开启时间，加大引射量，以此来达到全功率引射效果，完全代替氢气循环泵。并且结构上，连接喷管80与整体为可拆分件，可根据不同功率系统、不同电堆进行仿真模拟，根据模拟结果来调整阀口大小，以此来适配不同功率系统，不同电堆。5、喷射阀选择为阀杆与阀芯11非接触式喷射阀，减少开关磨损，以此达到延长引喷系统使用寿命的目的。
35.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。