一种用于质子交换膜燃料电池系统氢气循环的流量可调式引射器
阅读说明：本技术 一种用于质子交换膜燃料电池系统氢气循环的流量可调式引射器 (Flow-adjustable ejector for hydrogen circulation of proton exchange membrane fuel cell system ) 是由 平安 赵建辉 何龙国 李凯峰 李文豪 于 2021-09-14 设计创作，主要内容包括：本发明的目的在于提供一种用于质子交换膜燃料电池系统氢气循环的流量可调式引射器,包括引射器壳体、一级气体进气管、二级气体进气管,引射器壳体内部依次设置相通的引射器接受室、引射器混合室、引射器扩散室、引射器出口,一级气体进气管、二级气体进气管分别伸入至引射器接受室里,一级气体进气管端部设置引射器喷嘴,二级气体进气管连通引射器接受室。本发明整个引射器结构紧凑,喷嘴部分使用机械结构控制,方便安装；可以根据不同工况改变锥阀开度,进而改变喷嘴出口的气体参数,从而能够适应更宽的工况范围。(The invention aims to provide a flow-adjustable ejector for hydrogen circulation of a proton exchange membrane fuel cell system, which comprises an ejector shell, a primary gas inlet pipe and a secondary gas inlet pipe, wherein an ejector receiving chamber, an ejector mixing chamber, an ejector diffusion chamber and an ejector outlet which are communicated are sequentially arranged in the ejector shell, the primary gas inlet pipe and the secondary gas inlet pipe respectively extend into the ejector receiving chamber, the end part of the primary gas inlet pipe is provided with an ejector nozzle, and the secondary gas inlet pipe is communicated with the ejector receiving chamber. The whole ejector is compact in structure, and the nozzle part is controlled by a mechanical structure and is convenient to mount; the opening degree of the cone valve can be changed according to different working conditions, so that the gas parameters of the nozzle outlet are changed, and the nozzle can adapt to a wider working condition range.)
技术领域
本发明涉及的是一种质子交换膜燃料电池，具体地说是用于质子交换膜燃料电池的引射器。
背景技术
随着全球经济的不断发展，人们对能源的需求也与日俱增，消耗传统能源的同时也产生了大量污染，开发可代替传统能源的清洁能源越来越重要。燃料电池是将化学能直接转化为电能的发电装置，具有能量转换效率高、启动快、零污染以及噪声小等优点，是传统能源理想的替代品。
在质子交换膜燃料电池工作过程中，为了提高质子交换膜燃料电池效率，减少燃料电池在加速工况的反应时间，一般采用过量的氢气供应，为了减少氢气泄漏并回收多于氢气，质子交换膜燃料电池中使用氢气循环泵进行燃料电池阳极剩余氢气的循环回收。传统的氢气循环方法是采用压缩机来回收阳极未消耗的氢气，但需要燃料电池供给额外电能给压缩机工作，并产生振动和噪音；由于氢气分子小、易泄露，再加上到泵体内的接触摩擦、动密封等因素，导致密封难的问题；泵体内接触摩擦和齿轮传动还会造成循环泵寿命短的问题。相比而言，引射器不仅充分利用高压氢气罐与燃料电池之间存在的巨大压力势能来实现氢气的回收，无须消耗燃料电池功率，而且其结构简单、噪声低、易维护，是用于燃料电池氢气循环系统的理想装置。
中国专利“一种组合引射器设计结构”(授权公告号CN 208397024 U)提出了一种组合引射器设计结构，其包括一级引射器和二级引射器，一级引射器采用内引射器，二级引射器采用环状外引射器，引射喷管的位置可以根据主流与背流的速度进行轴向的移动调节，但引射器零件较多，装配过程较为繁琐。
发明内容
本发明的目的在于提供可通过改变不同气源压力下喷嘴出口处的气流参数实现其在不同工况下的正常工作的一种用于质子交换膜燃料电池系统氢气循环的流量可调式引射器。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种用于质子交换膜燃料电池系统氢气循环的流量可调式引射器，其特征是：包括引射器壳体、一级气体进气管、二级气体进气管，引射器壳体内部依次设置相通的引射器接受室、引射器混合室、引射器扩散室、引射器出口，一级气体进气管、二级气体进气管分别伸入至引射器接受室里，一级气体进气管端部设置引射器喷嘴，二级气体进气管连通引射器接受室。
本发明还可以包括：
1、所述引射器喷嘴包括外壳左半部分和外壳右半部分，外壳左半部分和外壳右半部分固定在一起，外壳左半部分和外壳右半部分内部组成的空间里设置喷射器中心部分，喷射器中心部分的内部设置主气流通道，喷射器中心部分与其外部的外壳右半部分构成副气流通道，喷射器中心部分位于外壳左半部分的端部设置可变流量调节控制阀。
2、所述可变流量调节控制阀包括锥阀、阀座，阀座一端连接喷射器中心部分，阀座另一端套有锥阀，阀座外部设置压紧弹簧，压紧弹簧一端连接喷射器中心部分，压紧弹簧另一端被锥阀压紧。
3、副气流通道的横截面积大于主气流通道的横截面积，主气流通道、副气流通道、引射器壳体的轴线重合。
4、锥阀直径最小处大于一级气体进气管的直径。
5、锥阀与一级气体进气管接触的位置设置有密封垫圈。
本发明的优势在于：本发明整个引射器结构紧凑，喷嘴部分使用机械结构控制，方便安装；可以根据不同工况改变锥阀开度，进而改变喷嘴出口的气体参数，从而能够适应更宽的工况范围。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明锥阀未打开状态下引射器喷嘴部分示意图；
图3为A-A示意图；
图4为本发明锥阀打开状态下引射器喷嘴部分示意图；
图5为引射器喷嘴可变流量调节控制阀的示意图；
图6为引射器喷嘴中心部分示意图。
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1-6，本发明一种用于质子交换膜燃料电池系统的可变流量引射器，包括引射器主体8、引射器喷嘴3。
引射器主体包括一级气体进气管1、二级气体进气管7、引射器接受室2、引射器混合室4、引射器扩散室5、引射器出口6。一级气体进气管1与引射器接受室2相互连接并直接连接在引射器喷嘴3上，另一端连接氢气气源；二级气体进气管7也安装在引射器接受室2上，一级气体进气管1和二级气体进气管7夹角呈直角安装；引射器出口6连接燃料电池进气管道；引射器接受室2、混合室4、扩散室5以及引射器出口6为一体结构。
引射器喷嘴3包括外壳左半部分32、右半部分34、可变流量调节控制阀31、主气流通道36、副气流通道35以及连接用的螺钉33；在引射器喷嘴内有两组气流通道：主气流通道36和副气流通道35，主气流通道36仅有一个，横截面积相对较小且布置在引射器喷嘴中心，两轴线重合，副气流通道35横截面积为一圆环，布置在主气流通道外，副气流通道35的横截面积大于主气流通道36，主、副气流通道轴线与引射器轴线重合；引射器喷嘴外壳左、右部分通过其上的连接部分以及螺钉33进行连接，两外壳之间设有密封措施；喷嘴3的大头端朝左设置并与一级气体进气管1相连接，小头端朝右设置，其轴线与引射器轴线重合，且距接受室2右侧有一定的距离限制，便于一级气流与二级气流有足够的空间进行混合。
引射器喷嘴可变流量调节控制阀31包括锥阀311、压紧弹簧312和阀座313。锥阀311密封套在阀座313上，阀座313与右端引射器中心部分为一体结构，压紧弹簧312右端与引射器中心部分相连，左端与锥阀固定，锥阀311左端与一级气体进气管1滑动密封插接，且锥阀311最小处直径大于一级气体入口1处直径，保证压紧时气体不会泄露；锥阀内外均设有密封措施以减少气体泄漏；一级气体进气管1、锥阀311、引射器中心部分呈同轴设置。
如图3所示，本发明的可调式引射器喷嘴部分由可变流量调节控制阀和两组气流通道组成；包括主气流通道36和副气流通道35，主气流通道仅有一个，副气流通道为圆环柱体，两气流通道的结构形式均为左半部分为圆柱气道，右半部分为渐缩气道，使一级气体在到达接受室的时候压力能够小于二级进口压力，从而顺利引射气体；两组气流通道内表面均经过特殊表面处理，取恰当的气体流动系数及摩擦系数，使得气体在喷嘴中损耗的能量最少。
如图4所示，当一级气体进口压力足够大时，即中高负荷时，压力大于弹簧弹性力，锥阀便会在不平衡力的作用下向右移动，因此一级气体便能从主气流通道和副气流通道一起流出，两组气流通道同时起作用，从而使一级气体流量增大，再循环氢气回收率高，提高氢气利用率其中副气流通道用于增加流通面积，提供更大的燃料流量；主气流通道用于增加高喷射速度，提高引射器性能。
如图5所示，可变流量调节控制阀主要由锥阀311、限位弹簧312及阀座313组成；锥阀为实心结构，左端有密封垫圈与一级气体进口接触，其最小处直径大于气体进口处直径，右端与限位弹簧接触，在初始状态下恰好使锥阀左端压紧气体进口，保证气体从主气流通道流出，不会从其他地方泄露；当一级气体进口出气体压力增大时，锥阀右移，气体可以从主副气流通道一起喷出，气体流量增大，喷出气体的压强减小，能够引射压力较小的二级气体，从而保证电堆气体的供应量。
整个引射器接受室2、混合室4、扩散室5、引射器出口6为一体式结构，其与一级气体进气道1连接。
如图6所示，图6为引射器的中心部分，引射器装配时，利用引射器外壳下部的肋结构以及右端限位固定中心部分，然后将喷嘴外壳上下两部分用螺钉连接，将锥阀压紧在限位弹簧上。
本发明在实际应用中，通过节流阀等元件调节一级进口处气体压力，从而改变锥阀开度，进而改变整个引射器的引射系数，保证出口喷口处足够的气体流量、流速及压力等气流参数，并且能通过引射系数的改变有效地利用从电堆中回收的未利用的气体。
安装在引射器喷嘴锥阀311及限位弹簧312和引射器喷嘴本体连接处的密封措施，以及引射器外壳的法兰连接设计，提升密封等级，减少气体泄漏，提高引射器的效率。
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