一种中心喷嘴与卫星喷嘴协同可调引射器

本发明涉及燃料电池，尤其涉及一种中心喷嘴与卫星喷嘴协同可调引射器。

背景技术：

1、氢气循环系统的设计是燃料电池的关键技术，直接影响燃料电池的性能及可靠性。氢气循环系统利用来自高压储氢罐内的氢气作为工作流体，卷吸来自燃料电池阳极未完全反应的氢气与水蒸气混合物，两股流体经过混合进入燃料电池阳极工作。氢气循环系统的主要功能是充分回收利用燃料电池阳极未完全反应的氢气，使未完全反应的氢气再循环利用，提升氢气利用效率，避免环境污染及能源浪费，消除安全隐患。

2、采用引射器的氢气循环系统相较于传统采用循环泵的氢气循环系统，具有无运动部件、无需外部能耗、结构紧凑、运行可靠、无污染、成本低、可以使氢气循环系统更快达到稳定等优点。燃料电池的输出功率会随着外部需求的变化而变化，进而引起引射器工况的变化，当引射器偏离设计工况变工况工作时，引射器性能急剧恶化，难以满足燃料电池的氢气所需量，会导致燃料电池使用寿命下降甚至导致燃料电池损毁，由此可见提高引射器变工况性能是燃料电池氢气循环系统设计的关键所在。

3、经对现有技术的检索，专利文献cn219452544u公开了一种引射器装置及具有其的燃料电池气路系统，其中引射器组件包括多个引射器，可通过驱动装置旋转，根据燃料电池功率提供不同引射器供应氢气。上述引射器装置通过驱动装置旋转变换引射器组件的操作所需时间较长且变换不连续，对于燃料电池功率负荷变化响应迟缓，而且上述引射器装置结构复杂，所占空间较大。

4、文献“songy,wang x,wang l,et al.atwin-nozzle ejector for hydrogenrecirculation in wide power operation of polymer electrolyte membrane fuelcell system[j].applied energy,2021,300:117442.”提出了一种双喷嘴引射器，两个喷嘴为同一水平高度左右布置，两个喷嘴轴线与引射器轴线各呈5°夹角，两个喷嘴出口面积平均分配，通过电磁阀控制喷嘴的开闭。上述引射器具有一个喷嘴单独供氢，以及两个喷嘴一起供氢两种模式，可调性较差。在燃料电池负荷变化时，采用上述引射器供氢模式，会导致工作流体入口压力变化较大，引起燃料电池系统工作的不稳定，降低其工作可靠性。并且在低负荷工况下，一个喷嘴单独供氢模式会使得引射器驱动力有限，喷嘴的倾斜布置会造成引射器内部流场均匀性较差，导致引射器性能提升有限。

5、因此，本领域的技术人员致力于开发一种中心喷嘴与卫星喷嘴协同可调引射器。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提高引射器在燃料电池中低功率负荷工况下的性能，减小引射器工作流体入口压力随燃料电池功率变化时的波动，提高燃料电池工作的稳定性和可靠性，并拓宽其工作范围。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种中心喷嘴与卫星喷嘴协同可调引射器，包括引射器外壳，沿所述引射器轴线贯穿所述引射器外壳设置有气体通道，所述气体通道沿所述引射器轴线依次设置区分为吸入室、混合室、扩压室，在所述引射器外壳上并垂直于所述引射器轴线方向与所述吸入室连通设置有引射流体入口，在所述吸入室内部设置有中心喷嘴和多个卫星喷嘴，工作流体流经所述中心喷嘴和多个卫星喷嘴，可提供多种供氢模式，所述中心喷嘴和所述卫星喷嘴固定设置于所述引射器外壳上。

3、进一步地，所述中心喷嘴包括中心第一喷嘴、中心第二喷嘴，所述中心第一喷嘴与所述中心第二喷嘴共轴嵌套设置，所述中心第一喷嘴设置于所述中心第二喷嘴内，两者出口径向齐平，所述中心第一喷嘴与所述中心第二喷嘴前段均为等截面通道，后段均为渐缩截面通道，所述前段是所述中心喷嘴远离所述混合室一侧，所述后段是所述中心喷嘴靠近所述混合室一侧。

4、进一步地，所述卫星喷嘴包括卫星第一喷嘴、卫星第二喷嘴、卫星第三喷嘴，所述卫星第一喷嘴、卫星第二喷嘴、卫星第三喷嘴各轴线以120度为间隔均匀环绕分布在所述中心第二喷嘴外侧，所述卫星第一喷嘴设置于所述中心第二喷嘴正上方，所述卫星第二喷嘴、卫星第三喷嘴分别设置于所述中心第二喷嘴两侧，所述卫星第一喷嘴、卫星第二喷嘴、卫星第三喷嘴前段均为等截面通道，后段均为渐缩截面通道。

5、进一步地，所述中心喷嘴及所述卫星喷嘴各喷嘴均设置有控制工作流体流通的控制阀，所述控制阀是电磁阀或电动阀。

6、进一步地，所述卫星喷嘴数量根据燃料电池负荷、引射器结构和性能设置。

7、进一步地，所述引射器设置在燃料电池氢气循环系统氢气流动路径上，来自高压储氢罐的工作流体流经所述中心喷嘴与卫星喷嘴，引射燃料电池阳极未完全反应的氢气，未完全反应的氢气与工作流体在所述混合室中混合，经所述扩压室扩压后进入到燃料电池阳极，所述引射器根据燃料电池系统工况的变化改变氢气供给量为燃料电池阳极提供所需氢气。

8、进一步地，在低负荷工况下，通过所述电磁阀的开闭控制所述中心喷嘴及所述卫星喷嘴，所述中心第一喷嘴开放，其余喷嘴关闭。

9、进一步地，在中负荷工况下，通过所述电磁阀的开闭控制所述中心喷嘴及所述卫星喷嘴，所述中心第一喷嘴与所述中心第二喷嘴开放，其余喷嘴关闭。

10、进一步地，在高负荷工况下，通过所述电磁阀的开闭控制所述中心喷嘴及所述卫星喷嘴，所述中心第一喷嘴和所述中心第二喷嘴开放，随着功率需求的不断增加，所述卫星喷嘴按顺序分阶段依次开放。

11、进一步地，应用于燃料电池氢气循环系统。

12、与现有技术相比，本发明具有如下优点：

13、(1)本发明能够提高燃料电池中低负荷工况下的引射器性能，拓宽引射器高效工作范围，从而拓展燃料电池系统的工作范围；与双喷嘴可调引射器相比，在相同中低负荷工况下，本发明中心喷嘴与卫星喷嘴协同可调引射器的性能有明显优势。

14、(2)本发明引射器可以减小工作流体入口压力在不同工况下的波动，具有较好的稳定性；本发明引射器在变工况条件下，能够提高氢气循环系统性能及燃料电池可靠性。

15、(3)本发明引射器结构布置紧凑、所占空间小。

16、以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

技术特征：

1.一种中心喷嘴与卫星喷嘴协同可调引射器，其特征在于，包括引射器外壳，沿所述引射器轴线贯穿所述引射器外壳设置有气体通道，所述气体通道沿所述引射器轴线依次设置区分为吸入室、混合室、扩压室，在所述引射器外壳上并垂直于所述引射器轴线方向与所述吸入室连通设置有引射流体入口，在所述吸入室内部设置有中心喷嘴和多个卫星喷嘴，工作流体流经所述中心喷嘴和多个卫星喷嘴，可提供多种供氢模式，所述中心喷嘴和所述卫星喷嘴固定设置于所述引射器外壳上。

2.如权利要求1所述中心喷嘴与卫星喷嘴协同可调引射器，其特征在于，所述中心喷嘴包括中心第一喷嘴、中心第二喷嘴，所述中心第一喷嘴与所述中心第二喷嘴共轴嵌套设置，所述中心第一喷嘴设置于所述中心第二喷嘴内，两者出口径向齐平，所述中心第一喷嘴与所述中心第二喷嘴前段均为等截面通道，后段均为渐缩截面通道，所述前段是所述中心喷嘴远离所述混合室一侧，所述后段是所述中心喷嘴靠近所述混合室一侧。

3.如权利要求2所述中心喷嘴与卫星喷嘴协同可调引射器，其特征在于，所述卫星喷嘴包括卫星第一喷嘴、卫星第二喷嘴、卫星第三喷嘴，所述卫星第一喷嘴、卫星第二喷嘴、卫星第三喷嘴各轴线以120度为间隔均匀环绕分布在所述中心第二喷嘴外侧，所述卫星第一喷嘴设置于所述中心第二喷嘴正上方，所述卫星第二喷嘴、卫星第三喷嘴分别设置于所述中心第二喷嘴两侧，所述卫星第一喷嘴、卫星第二喷嘴、卫星第三喷嘴前段均为等截面通道，后段均为渐缩截面通道。

4.如权利要求1所述中心喷嘴与卫星喷嘴协同可调引射器，其特征在于，所述中心喷嘴及所述卫星喷嘴各喷嘴均设置有控制工作流体流通的控制阀，所述控制阀是电磁阀或电动阀。

5.如权利要求1所述中心喷嘴与卫星喷嘴协同可调引射器，其特征在于，所述卫星喷嘴数量根据燃料电池负荷、引射器结构和性能设置。

6.如权利要求1所述中心喷嘴与卫星喷嘴协同可调引射器，其特征在于，所述引射器设置在燃料电池氢气循环系统氢气流动路径上，来自高压储氢罐的工作流体流经所述中心喷嘴与卫星喷嘴，引射燃料电池阳极未完全反应的氢气，未完全反应的氢气与工作流体在所述混合室中混合，经所述扩压室扩压后进入到燃料电池阳极，所述引射器根据燃料电池系统工况的变化改变氢气供给量为燃料电池阳极提供所需氢气。

7.如权利要求1-6任一项所述中心喷嘴与卫星喷嘴协同可调引射器，其特征在于，在低负荷工况下，通过所述电磁阀的开闭控制所述中心喷嘴及所述卫星喷嘴，所述中心第一喷嘴开放，其余喷嘴关闭。

8.如权利要求1-6任一项所述中心喷嘴与卫星喷嘴协同可调引射器，其特征在于，在中负荷工况下，通过所述电磁阀的开闭控制所述中心喷嘴及所述卫星喷嘴，所述中心第一喷嘴与所述中心第二喷嘴开放，其余喷嘴关闭。

9.如权利要求1-6任一项所述中心喷嘴与卫星喷嘴协同可调引射器，其特征在于，在高负荷工况下，通过所述电磁阀的开闭控制所述中心喷嘴及所述卫星喷嘴，所述中心第一喷嘴和所述中心第二喷嘴开放，随着功率需求的不断增加，所述卫星喷嘴按顺序分阶段依次开放。

10.如权利要求1-6任一项所述中心喷嘴与卫星喷嘴协同可调引射器，其特征在于，应用于燃料电池氢气循环系统。

技术总结
本发明公开一种中心喷嘴与卫星喷嘴协同可调引射器，涉及燃料电池技术领域，包括引射器外壳，沿所述引射器轴线贯穿所述引射器外壳设置有气体通道，所述气体通道沿所述引射器轴线依次设置区分为吸入室、混合室、扩压室，在所述引射器外壳上并垂直于所述引射器轴线方向与所述吸入室连通设置有引射流体入口，在所述吸入室内部设置有中心喷嘴和多个卫星喷嘴，工作流体流经所述中心喷嘴和多个卫星喷嘴，可提供多种供氢模式，所述中心喷嘴和所述卫星喷嘴固定设置于所述引射器外壳上。本发明在较宽工况范围内具有较高的引射器性能和较好的稳定性，能提高引射器在变工况下氢气循环系统性能及燃料电池可靠性，拓展燃料电池系统工作范围。

技术研发人员：戴征舒,俞史颖,丁哲锐,左元浩,何继明
受保护的技术使用者：上海理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/18