一种喷嘴、基于该喷嘴的流量特性可调的引射器及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种喷嘴、基于该喷嘴的流量特性可调的引射器及其应用，所述喷嘴，包括喷嘴体、小喷嘴、大喷嘴及弹性部件；小喷嘴为一根细长且带有阀门的空心管，大小两组喷嘴之间设置有弹性部件，弹性部件一端顶住小喷嘴的阀门部位，另一端顶住大喷嘴，弹性部件在待喷射气体的作用下能够改变小喷嘴的阀门的位置，继而控制待喷射气体的流经路径。喷嘴根据系统负荷自动控制氢气和再循环氢气的供应量。低负荷时，小喷嘴起作用，喷嘴出口压力小，再循环氢气回收率高，提高氢气利用率；中高负荷时，两组喷嘴同时起作用，其中大喷嘴用于增加流通面积，提供更大的燃料流量；小喷嘴用于增加高喷射速度，提高引射器性能。

【技术实现步骤摘要】
一种喷嘴、基于该喷嘴的流量特性可调的引射器及其应用
本公开涉及燃料喷射
，特别是涉及一种喷嘴、基于该喷嘴的流量特性可调的引射器及其应用。
技术介绍
随着全球经济的不断发展，人们对能源的需求也与日俱增。传统能源在消耗的同时也产生了大量污染物，所以开发可代替传统能源的清洁新能源越来越重要。燃料电池是一种把化学能转化成电能的装置，它具有能量转换效率高、零污染、零噪声的特点，所以燃料电池的应用具有广阔的发展前景。燃料电池系统主要由燃料电池堆(进行化学反应)、燃料供给系统(提供燃料如氢气)、空气供给系统(提供空气中的氧气)、冷却系统组成。专利技术人在研究中发现，在燃料供给系统中，进入燃料电池堆的氢气无法被完全消耗，有一部分是没有进行反应就已经被排出电池堆的，这导致了电池堆的实际效率低于理论效率。特别是在低负荷运行时，燃料利用率下降，会产生大量未消耗的氢气。这不仅降低了燃料电池的效率，也极大的浪费了资源；但是当大负荷运行时，电流阶跃上升，电池堆中氢气利用率急剧上升，甚至会出现氢气不足、电池堆的实际效率高于理论效率的异常现象。氢气不足会使得电池局部温度上升，质子交换膜被烧穿，也会使电极处的反应催化剂活性下降，降低电池堆的使用寿命。氢气不足的主要原因是电磁阀动作滞后造成氢气流量相对与负荷变化滞后。为了解决这个问题，往往提高氢气的供应量以降低电磁阀响应时间，但是这会产生大量未消耗的氢气，燃料的使用效率会大大降低。因此如何使燃料电池系统可以根据系统负荷的增加或减少自动改变氢气供给量及回收未消耗氢气的装置，提高燃料电池的实际效率、燃料利用率，仍是待解决的技术问题。专利技术内容为了解决现有技术的不足，本公开的实施例子提供了一种喷嘴，该喷嘴能够根据系统负荷自动控制氢气和再循环氢气的供应量。为了实现上述目的，本申请采用以下技术方案：一种喷嘴，包括喷嘴体、小喷嘴、大喷嘴及弹性部件；其中，大小两组喷嘴同轴布置且均设置在喷嘴体上；小喷嘴为一根细长且带有阀门的空心管，大小两组喷嘴之间设置有弹性部件，弹性部件一端顶住小喷嘴的阀门部位，另一端顶住大喷嘴，弹性部件在待喷射气体的作用下能够改变小喷嘴的阀门的位置，继而控制待喷射气体的流经路径。进一步的技术方案，所述小喷嘴的阀门靠近待喷射气体进入的一端安装密封圈，在低负荷时，喷嘴入口氢气的压力低于弹性部件弹力，小喷嘴的阀门紧贴在喷嘴体，密封圈用于防止待喷射气体流进大喷嘴。进一步的技术方案，所述小喷嘴能够沿大喷嘴内壁移动，在小喷嘴管道外壁设有衬套。进一步的技术方案，所述大喷嘴包括多个孔道，所有孔道均与大喷嘴的入口相连通，所述弹性部件及小喷嘴的阀门部位均位于大喷嘴的入口内，且小喷嘴的阀门直径大于喷嘴入口的直径。进一步的技术方案，所述喷嘴入口设置在喷嘴体内，所述喷嘴入口还与设置在喷嘴体内的稳压腔相通。本公开的实施例子还公开了基于该喷嘴的流量特性可调的引射器，引射器的外壳依次设有接受室、混合室、扩压室，所述喷嘴的出口通向接受室，所述喷嘴设置在位于引射器中部的喷射体内，位于喷射体下端处设置有第一通道，在所述喷嘴出口处的压力小于外界压力时对再循环气体发生卷吸作用，所述第一通道将未消耗的气体重新吸入引射器，并被喷嘴出口喷出的气体带入混合室混合，混合室混合后的气体通过扩压室再经过出口管道喷出。进一步的技术方案，所述引射器的后端纵向开有第二通道，所述第二通道与引射器中连通至喷嘴体内的稳压腔的横向通道相连通；步进电机连接在引射器的后端且步进电机的阀杆横向设置在第二通道与横向通道交汇处，所述第二通道与横向通道交汇处且靠近横向通道的位置处还设置有阀座，阀杆与阀座组合用于改变进气道截面积。本公开的实施例子还公开了基于该喷嘴的流量特性可调的引射器的喷射方法，包括：在低负荷状态下，步进电机阀门开度小，流进引射器的气体流量小，引射器喷嘴入口处压力小，此时，F>(P1-P2)×A，弹性部件推动小喷嘴的阀门向喷嘴入口靠近，并堵住引射器喷嘴入口使得气体只流进小喷嘴管道，小喷嘴管道在一定压力下，高速喷射氢气，使得喷嘴出口压力小于外界压力，将未消耗的气体重新吸入引射器，并被喷嘴出口喷出的气体带入混合室混合，混合室混合后的气体通过扩压室再经过出口管道喷出；在中高负荷状态下，步进电机阀门开度大，流进引射器的气体量增加，引射器喷嘴入口处压力大，所以F<(P1-P2)×A，这时小喷嘴的阀门向前移动，远离喷嘴入口，气体同时流进大喷嘴入口，大小两组喷嘴同时喷射气体；其中，所述气体为带喷射的气体，P1是步进电机阀门的下游压强即小喷嘴阀门的前端压强，P2是小喷嘴的阀门的后端压强，A是喷嘴入口截面积，F是弹簧力，根据上面的关系，A和F是预先确定的设计值，P1随步进电机阀门的位置变化而改变。本公开的实施例子还公开了燃料电池系统，所述燃料电池系统包括燃料供给系统，所述引射器安装在燃料供给系统的再循环气体流动路径上且靠近燃料电池堆的入口，为电池堆提供新鲜气体并将未消耗的气体重新循环到燃料电池堆。本公开的实施例子还公开了一种车辆，该车辆安装有所述燃料电池系统，所述燃料电池系统为车辆的运行提供能量。与现有技术相比，本公开的有益效果是：本公开的技术方案采用步进电机控制氢气的供应量，步进电机装在氢气进气管道内，根据负荷的变化，顺时针或逆时针旋转，使得阀杆产生轴向移动，以此调节阀门的开启高度，改变氢气进气管道截面积，以改变流进引射器氢气供应量；通过改变新鲜氢气供应量，调节喷嘴入口压力，控制小喷嘴阀门位置，控制两组喷嘴的工作状态，满足不同负荷运行的要求。本公开的技术方案通过对引射器喷嘴结构的改进，使得喷嘴根据系统负荷自动控制氢气和再循环氢气的供应量。低负荷时，小喷嘴起作用，喷嘴出口压力小，再循环氢气回收率高，提高氢气利用率；中高负荷时，两组喷嘴同时起作用，其中大喷嘴用于增加流通面积，提供更大的燃料流量；小喷嘴用于增加高喷射速度，提高引射器性能。本公开的技术方案通过控制步进电机阀杆的位置来改变新鲜氢气供应量，调节喷嘴入口压力，控制小喷嘴阀门位置，控制两组喷嘴的工作状态，满足不同负荷运行的要求。本公开的技术方案小喷嘴是一根细长的带有阀门的空心管，氢气流经小喷嘴时流速增加，喷嘴出口压力降低出现负压，对再循环氢气卷吸作用大，可以高效回收未燃烧的氢气。本公开的技术方案大喷嘴由六个孔组成，用于在中高负荷时起作用，可以有效增大氢气流通面积，增加氢气供应量，大喷嘴与小喷嘴的中心轴线平行，减少了流体碰撞产生的能量损失。本公开的技术方案弹簧与小喷嘴阀门弹性连接，另一端被喷嘴体支撑，控制小喷嘴阀门向前或向后移动，决定氢气流通途径。随着负荷的增加，引射器的入口氢气流量加大，喷嘴入口压力增大，当压力大到足够克服弹簧弹力时，小喷嘴阀门开始打开，此时大小两组喷嘴同时供应氢气，使得流进引射器氢气流量增加。本公开的技术方案在低负荷时，步进电机阀门开度小，引射器后端高压管道压力低于弹簧弹力，因此小喷嘴的阀门紧贴在喷嘴体，密封圈的作用是防止氢气流进大喷嘴，此时氢气只流经小喷嘴进入接受室。本公开的技术方案小喷嘴能够随负荷的变化沿大喷嘴内壁前后移动，为了减少喷嘴间的摩擦，降低移动过程产生的振动，在小喷嘴管道外壁设有衬套进行缓冲。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种喷嘴，其特征是，包括喷嘴体、小喷嘴、大喷嘴及弹性部件；其中，大小两组喷嘴同轴布置且均设置在喷嘴体上；小喷嘴为一根细长且带有阀门的空心管，大小两组喷嘴之间设置有弹性部件，弹性部件一端顶住小喷嘴的阀门部位，另一端顶住大喷嘴，弹性部件在待喷射气体的作用下能够改变小喷嘴的阀门的位置，继而控制待喷射气体的流经路径。

【技术特征摘要】
1.一种喷嘴，其特征是，包括喷嘴体、小喷嘴、大喷嘴及弹性部件；其中，大小两组喷嘴同轴布置且均设置在喷嘴体上；小喷嘴为一根细长且带有阀门的空心管，大小两组喷嘴之间设置有弹性部件，弹性部件一端顶住小喷嘴的阀门部位，另一端顶住大喷嘴，弹性部件在待喷射气体的作用下能够改变小喷嘴的阀门的位置，继而控制待喷射气体的流经路径。2.如权利要求1所述的一种喷嘴，其特征是，所述小喷嘴的阀门靠近待喷射气体进入的一端安装密封圈，在低负荷时，喷嘴入口氢气的压力低于弹性部件弹力，小喷嘴的阀门紧贴在喷嘴体，密封圈用于防止待喷射气体流进大喷嘴。3.如权利要求1所述的一种喷嘴，其特征是，所述小喷嘴能够沿大喷嘴内壁移动，在小喷嘴管道外壁设有衬套。4.如权利要求1所述的一种喷嘴，其特征是，所述大喷嘴包括多个孔道，所有孔道均与大喷嘴的入口相连通，所述弹性部件及小喷嘴的阀门部位均位于大喷嘴的入口内，且小喷嘴的阀门直径大于喷嘴入口的直径。5.如权利要求1所述的一种喷嘴，其特征是，所述喷嘴入口设置在喷嘴体内，所述喷嘴入口还与设置在喷嘴体内的稳压腔相通。6.流量特性可调的引射器，引射器的外壳依次设有接受室、混合室、扩压室，其特征是，采用权利要求1-5任一所述的喷嘴，所述喷嘴的出口通向接受室，所述喷嘴设置在位于引射器中部的喷射体内，位于喷射体下端处设置有第一通道，在所述喷嘴出口处的压力小于外界压力时对再循环气体发生卷吸作用，所述第一通道将未消耗的气体重新吸入引射器，并被喷嘴出口喷出的气体带入混合室混合，混合室混合后的气体通过扩压室再经过出口管道喷出。7.如权利要求6所述的流量特性可调的引射器，其特征是，所述引射器的后端纵向开有第二通道，所述第二通道与引射器...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪少波，李伦，陈忠言，李萌，陈秋霖，王豪，赵同军，王荣旭，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37