集成引射器、燃料电池供氢系统及其控制方法技术方案

本申请实施例提供了集成引射器、燃料电池供氢系统及其控制方法，属于燃料电池技术领域。集成引射器包括主气道、第一流道、第二流道、喷嘴、循环气道、引射室及混合室，主气道用于引入燃料电池供氢系统的高压氢气，主气道与第一流道和第二流道相通，第一流道上设有第一开闭单元，第二流道上设有第二开闭单元；控制第一开闭单元和第二开闭单元的循环开闭时长可调节第一流道以及第二流道的动态流量。本申请通过在引射器中设计两个流道及控制流道的开闭，来精确提供引射量和负载补充量，从而快速响应广域的引射范围和突升突降的负载变化，且体积精简，无额外能耗，省去了复杂调节设备，有效提高了燃料电池在各种复杂工况的供氢需求。求。求。

【技术实现步骤摘要】
集成引射器、燃料电池供氢系统及其控制方法


[0001]本申请涉及燃料电池
，具体而言，涉及一种集成引射器、燃料电池供氢系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]燃料电池设计中，在阳极路引入供氢循环系统，可提高电堆效率。引射器作为一种无能耗、管路简单的增压设备，在供氢循环系统中相比压缩机更具优势。但普通引射器很难覆盖电堆负载需要的所有工况。因此，目前采用引射器和小压缩机并联的方式来覆盖所有工况，可是小压缩机作为附加设备引入，带来额外的耗电和噪音、体积、复杂的管路设计等问题，本质上没有达到引射器为了降低能耗的初衷。之后，也有采用两个喷嘴并联的方式，根据条件来选择不同的喷嘴入口，但是这种设计带来控制上的延迟响应，而且提供负载精度低，还把引射器结构设计复杂化。现阶段，还有采用在引射器的喷嘴中加入针式调节器的方法，通过调节喷嘴截面来达到所有工况，但是针式的调节器又需要额外电机来驱动，伴随额外耗电、噪音等问题，而且这种方式无法满足突升突降的快速响应，另外由于喷嘴小，针式调节器设置的偏心度误差高，存在使用不稳定的问题。因此，克服以上问题的引射器技术开发成为了燃料电池系统中亟需解决的问题。

技术实现思路

[0003]本申请实施例提供一种集成引射器、燃料电池供氢系统及其控制方法，能够在覆盖广域引射范围的同时实现快速的变载响应，而且体积精简，控制简易，精确度高，无额外能耗与振动，省去了复杂调节设备。
[0004]第一方面，本申请实施例提供一种集成引射器，集成引射器包括主气道、喷嘴、循环气道、引射室及混合室，主气道用于引入高压氢气，主气道与喷嘴相通，喷嘴远离主气道的一端与引射室和混合室连通，循环气道用于引入低压循环气，循环气道与引射室相通，混合室用于对氢气与循环气混合后增压；其中，集成引射器中设有与主气道相通的第一流道和第二流道，主气道通过第一流道的另一端与喷嘴相通，第二流道的另一端通过管路与电堆的氢气入口相通；第一流道与喷嘴的入口之间设有第一开闭单元，第二流道上设有第二开闭单元，第一开闭单元和第二开闭单元分别用于控制第一流道以及第二流道的开闭。
[0005]在本方案中，低压的循环气从集成引射器的循环气道入口进入，高压的氢气从集成引射器的主气道进入，然后分为两路，氢气可以通过第一流道进入喷嘴内，引流循环气，当然也可以通过第二流道经连接管路进入电堆，第一流道和第二流道的开闭由第一开闭单元和第二开闭单元控制，如若第一流道或第二流道关闭，氢气则无法通过第一流道或第二流道，如若第一流道或第二流道打开，氢气可以通过第一流道或第二流道。而且，在应用连续流体方程下，设定第一流道和第二流道的管径，就设定了一定温度压力下流经两个流道的流量，其中，第一流道的流量，可以用来调节流经喷嘴的流速来影响对循环气的引射范围，第二流道的流量，可以用来补充混合室出口的气量，来快速响应变化的总负载量。因此，
控制第一流道和第二流道的开闭时长，就可以精确控制引射量和总负载量，通过开闭循环的灵活控制，就可以对负载的变化进行迅速的响应，提高了控制的灵敏度，而避免了如采用调节阀等带来的延后性、波动性和低准确度的问题。这样，两个流道的设计配合开闭的控制，就可达到快速调节引射器出口动态负载的效果，覆盖到广域工况和动态响应。因此本方案中的集成引射器既省掉了喷嘴的调节针的设计，也省掉了氢气入口管路调节阀的设计，一举多得，设计精巧也集成，控制简易。
[0006]在一些实施例中，第一流道与第二流道的管径比为0.5到2之间。
[0007]上述技术方案中，通过设计第一流道对第二流道直径的比例，来控制第一流道的最大流量和最大压强，从而来调节流经喷嘴气体的最大流速，以此来影响循环气流量对喷嘴处流量的比例范围，即引射比范围，还可以来控制第一流道和第二流道全开下的流量比，从而来调节第二流道流量对混合室出口混合气量的最大供气补充比例。综上原理，配合两个流道的开闭，来实现广域的引射比(即对应燃料电池中的全功率段)和广域的供气补充比(燃料电池的实时最大负载范围)。也方便用来调节控制方法中第一流道和第二流道在单元循环时长中的开通时长比例。
[0008]在一些实施例中，第一开闭单元和第二开闭单元为同一结构的电磁阀组件。
[0009]上述技术方案中，通过将第一开闭单元和第二开闭单元设置为电磁阀组件，电磁阀组件的开闭单元使得对流道的开闭灵敏度高，稳定性强，便于控制。
[0010]在一些实施例中，电磁阀组件包括电磁器、滑动件和挡板，电磁器设于第一流道或第二流道中；滑动件沿第一方向可滑动地设于第一流道或所述流道中，滑动件上设有与电磁器电磁感应的电磁片，滑动件在第一流道或第二流道中具有第一位置和第二位置，电磁器通过通电和断电能使滑动件在第一位置和第二位置之间切换；挡板上开设有用于供气流通过的通孔，当滑动件处于第一位置时，滑动件对挡板的通孔进行封闭，以使第一流道或第二流道关闭；当滑动件处于第二位置时，滑动件与挡板的通孔错开，以使第一流道或第二流道打开。
[0011]上述技术方案中，通过利用电磁器通电和断电来驱使滑动件滑动，在电磁器通电状态下，与电磁片产生电磁力并吸引滑动件，使得滑动件由第一位置滑动至第二位置，滑动件丧失对挡板上通孔的阻挡作用，从而使得对应的流道打开，实现气流流通。当电磁器断电时，滑动件丧失吸引力，而移回至第一位置，对挡板上的通孔进行阻挡，从而使得对应的流道断开。其中，第一方向可以为第一流道或第二流道的轴向。由于滑动件只能稳定地存在于第一位置或第二位置，因此第一流道或第二流道只能处于全开或全关两个状态，只要调节开或关的精确时长，就能精确控制流经流道的流量，避免了像调节阀按比例开口而带来的不稳定和不精确的问题，因此，通过设计带此开闭单元组件的流道，可以提高流量控制的精准度和灵敏度，为控制方法中的调节提供基础。
[0012]在一些实施例中，电磁阀组件还包括弹性件，弹性件设于电磁器与滑动件之间，弹性件用于给滑动件施加弹性力，以使滑动件在电磁器的断电状态下维持在第一位置。
[0013]上述技术方案中，通过在电磁器与滑动件之间设置有弹性件，在电磁器通电时，滑动件由第一位置滑动至第二位置，此过程弹性件蓄积弹性力，当电磁器断电后，弹性力释放，弹性力驱使滑动件由第二位置复位至第一位置，使得滑动件能在第一位置和第二位置之间的位置切换，从而实现对应流道的开闭。
[0014]在一些实施例中，滑动件设置为金属件。
[0015]上述技术方案中，由于电磁器与电磁片之间为电磁感应产生电磁力从而驱使滑动件滑动，因此将滑动件设置为金属件，金属件的滑动件更易于受到磁力的影响而移动，减小了电磁力的负荷。
[0016]第二方面，本申请实施例还提供一种燃料电池供氢系统，燃料电池供氢系统包括氢气瓶、集成引射器、燃料电池的电堆、分水器、控制器和流量计，氢气瓶通过管路与集成引射器主气道入口连通，电堆的出口通过管路连接分水器，分水器的出口连接有回流管，回流管上设有止回阀，回流管的另一端连接集成引射器的循环气道的进口，集成引射器第一流道与喷嘴连通，第二流道通过管路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.集成引射器，其特征在于，包括主气道、喷嘴、循环气道、引射室及混合室，所述主气道用于引入高压氢气，所述主气道与所述喷嘴相通，所述喷嘴远离所述主气道的一端与所述引射室和所述混合室连通，所述循环气道用于引入低压循环气，所述循环气道与所述引射室相通，所述混合室用于对所述氢气与所述循环气混合后增压；其中，所述集成引射器中设有与所述主气道相通的第一流道和第二流道，所述第一流道的另一端与所述喷嘴相通，所述第二流道的另一端通过管路与所述电堆的氢气入口相通；所述第一流道与所述喷嘴的入口之间设有第一开闭单元，所述第二流道上设有第二开闭单元，所述第一开闭单元和所述第二开闭单元分别用于控制所述第一流道以及所述第二流道的开闭。2.如权利要求1所述的集成引射器，其特征在于，所述第一流道与所述第二流道的管径比为0.5到2之间。3.如权利要求1所述的集成引射器，其特征在于，所述第一开闭单元和所述第二开闭单元为同一结构的电磁阀组件。4.如权利要求3所述的集成引射器，其特征在于，所述电磁阀组件包括：电磁器，设于所述第一流道或所述第二流道中；滑动件，沿第一方向可滑动地设于所述第一流道或所述第二流道中，所述滑动件上设有与所述电磁器电磁感应的电磁片，所述滑动件在所述第一流道或所述第二流道中具有第一位置和第二位置，所述电磁器通过通电和断电能使所述滑动件在所述第一位置和所述第二位置之间切换；挡板，所述挡板上开设有用于供气流通过的通孔，当所述滑动件处于所述第一位置时，所述滑动件对所述挡板的所述通孔进行封闭，以使所述第一流道或所述第二流道关闭；当所述滑动件处于所述第二位置时，所述滑动件与所述挡板的所述通孔错开，以使所述第一流道或所述第二流道打开。5.如权利要求4所述的集成引射器，其特征在于，所述电磁阀组件还包括弹性件，设于所述电磁器与所述滑动件之间，所述弹性件用于给所述滑动件施加弹性力，以使所述滑动件在所述电磁器的断电状态下维持在所述第一位置。6.如权利要求4所述的集成引射器，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍不平，支明照，沈伟达，
申请(专利权)人：宁波赛轲动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：