引射器及包含其的燃料电池系统的制作方法

1.本发明涉及燃料电池领域，特别涉及一种引射器及包含其的燃料电池系统。


背景技术：

2.目前氢燃料电池汽车发展的日新月异，大多数氢燃料电池系统还是沿用的传统单一喷管引射器，也就是只有一个引射管及一个喷嘴的引射器，单一喷管引射器，不管从气体流量、引射器回流比还是引射器体积都已经不能达到新型燃料电池系统的要求。这是因为，进入一个喷嘴的气体流量有限、而且一个喷嘴的压力也是有限的。为了满足引射条件，即便是将喷嘴的出口的口径减小，以增大引射气体的速率，但是相对于燃料电池系统来说，只采用一个喷嘴，其引射气体的流量及压力还是有限，并且引射气体引射的回流气体也是有限的，同时引射气体和回流气体混合后的混合气体的流速也有限，无法满足燃料电池系统对燃料气体的流量及流速的要求。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的引射器的气体流量有限的缺陷，提供一种引射器及包含其的燃料电池系统。
4.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
5.一种引射器，用于燃料电池系统中，所述引射器包括壳体，所述壳体内设有相互间隔的第一腔体和第二腔体，所述壳体上设置有用于回流气体进入的回流气体入口和用于混合气体流出的出气口，所述回流气体入口与所述第一腔体相连通，所述出气口与所述第二腔体连通，其特点在于，
6.所述引射器还包括多个引射组件，所有的所述引射组件设于所述壳体内，所述引射组件用于引射所述第一腔体内的所述回流气体，所述引射组件的一端延伸至所述第二腔体内并与所述第二腔体连通。
7.在本方案中，引射组件通过超音速的引射气体将回流气体吸入引射组件后，将回流气体与引射气体混合，然后自引射组件的出口流出。在壳体内设置多个引射组件，以增大整个引射器的引射气体的流量及压力，同时也增大了回流气体的回流比，进而增大引射气体和回流气体的混合气体的流量。将多个引射组件的出口端延伸至第二腔体内，使得从引射组件内流出的混合气体在第二腔体内汇聚后再从壳体上的出气口流出。这就使得从出气口流出的混合气体的流量更大，压力更高。而且，还可以减小单个引射组件的长度，进而可减小引射器的体积。
8.较佳地，所述引射组件包括用于对引射气体加速的喷嘴和用于混合回流气体和引射气体的引射管，所述壳体上设置有气体进口，所述喷嘴的入口与所述气体进口相连通，所述喷嘴上背离所述喷嘴的入口的一端伸入至所述引射管内。引射气体通过喷嘴加压后以超音速自喷嘴的出口流入引射管内，这时，在引射管内形成一个负压区，以吸附回流气体至引射管内。将喷嘴的入口与壳体上的气体进口相连通，使得具有一定压力的引射气体自气体
进口流至喷嘴内。喷嘴上背离喷嘴入口的一端，也就是喷嘴的出口端伸入至引射管内，使得经喷嘴加速后的引射气体更精准地射入引射管的内部，有利于提高引射组件的引射能力。
9.较佳地，所述引射管包括依次连通的吸入段、混合段及扩散段，所述引射管上还设置有引射口，所述引射口开设于所述吸入段对应的侧壁上，所述引射口与所述第一腔体相连通。第一腔体于回流气体的入口相连通，也就是说回流气体是自回流气体的入口进入第一腔体内。而引射口与第一腔体连通，就使得第一腔体内的回流气体其引射口进入引射管内。
10.较佳地，所述吸入段的内径自背离所述混合段的一端向朝向所述混合段的一端逐渐减小；
11.所述混合段的内径不变；
12.所述扩散段的内径自朝向所述混合段的一端向背离所述混合段的一端逐渐增大。
13.在本方案中，自喷嘴内喷出的引射气体喷入引射管的吸入段后，由于吸入段的内径由大变小，进一步加快了引射气体的流速，使得吸入段的内径较大的部位的压强小于内径较小的部位的压强，也就是使得在引射口处产生压差，进而使得第一腔体内的回流气体吸入引射管内。混合段用于将引射气体和回流气体进行混合。扩散段的内径由小变大，以降低混合后的气体的压力，进而减小混合气体的流速，以使得混合气体的流速能适应燃料电池系统对燃料气体的需求，进而使得燃料气体能充分参与反应，以提高燃料气体的利用率。
14.较佳地，所述喷嘴的端部延伸至超过所述引射口并向所述混合段的口部延伸。采用这种设置，使得自喷嘴流出的引射气体内全部流入引射管内，而不会自引射口内流出，进而可以提高引射组件的引射能力及气体利用率。
15.较佳地，所述引射管上的引射口正对于所述壳体的内壁。采用这种设置，使得多个引射管上的引射口之间不会相互影响，进而可提高回流气体的回流比。
16.较佳地，所述引射组件的数量为三个。采用三个引射组件，不仅能提高了引射器的引射气体的流速及流量，同时也提高了回流气体的回流比，进而提高了气体利用率。同时也减小了单个引射管的长度，进而可以减小整个引射器的体积。
17.较佳地，所述壳体包括一两端开口的筒状外壳、第一端盖和第二端盖，所述第一端盖和所述第二端盖分别与所述筒状外壳的两端可拆卸连接，所述气体进口设置于所述第一端盖上，所述出气口设置于所述第二端盖上。采用这种设置方式便于安装引射组件。
18.较佳地，所述引射器还包括安装底座，所述安装底座连接于所述第一端盖，所述安装底座与所述第一端盖之间围成一进气腔体，所述喷嘴的入口连通于所述进气腔体。将安装底座和第一端盖之间围成进气腔体，使得自进气口流入的高压气体先流入进气腔体内；而喷嘴的入口是与进气腔体连通的，就使得进入进气腔体内的高压气体经过喷嘴的入口进入喷嘴内。采用这种设置便于将进气口与多个喷嘴建立连通关系，进而有利于对多个引射组件进行布局，从而简化引射器的结构。
19.较佳地，所述安装底座上设置有与所述引射管相对应的第一通孔，所述引射管连接于所述安装底座的一侧，所述喷嘴的一端自所述第一通孔穿过并伸入至所述引射管内。通过以上结构形式，使得多个引射组件与安装底座之间连接为一个整体，进而提高多个引射组件的集成性，从而便于整个引射器的安装。
20.较佳地，所述壳体还包括一挡板，所述挡板与所述筒状外壳一体设置，或者，所述
挡板与所述筒状外壳可拆卸连接；
21.所述第二端盖与所述挡板围成所述第二腔体。
22.第二端盖和挡板之间围成第二腔体，以使得第一腔体和第二腔体之间是相互独立的，进而防止第一腔体内的回流气体进入第二腔体内，以影响第二腔体内气体的均匀性。
23.较佳地，所述挡板上设置有与所述引射管相对应的第二通孔，所述引射管背离所述喷嘴的一端穿过所述第二通孔伸入至所述第二腔体内。引射管背离喷嘴的一端也就是引射管的出口端，将引射管的出口端穿过挡板上的第二通孔后，伸入至第二腔体内，使得经引射管混合以后的气体在第二腔体内汇聚后从出气口流出。
24.一种燃料电池系统，其特点在于，其包含如上所述的引射器。
25.在本方案中，采用如上结构形式的引射器，不仅提高了氢气的流速及流量，同时也提高了氢气回流比，从而提高了氢气的利用率；而且还可以减小引射器的体积，从而也减小了燃料电池系统的体积，进而节省空间。
26.在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
27.本发明的积极进步效果在于：本发明的引射器，在壳体内设置多个引射组件，以增大整个引射器的引射气体的流量及压力，同时也增大了回流气体的回流比，进而增大引射气体和回流气体的混合气体的流量。将多个引射组件的出口端延伸至第二腔体内，使得从引射组件内流出的混合气体在第二腔体内汇聚后再从壳体上的出气口流出。这就使得从出气口流出的混合气体的流量更大，压力更高。而且，还可以减小单个引射组件的长度，进而可减小引射器的体积。
附图说明
28.图1为本发明较佳实施例的引射器的外部结构示意图。
29.图2为本发明较佳实施例的引射器的剖面结构示意图。
30.图3为本发明较佳实施例的引射器中的多个引射组件安装于安装底座上后的结构示意图。
31.图4为本发明较佳实施例的引射器中的壳体中的筒状外壳的结构示意图。
32.图5为本发明较佳实施例的引射器中的引射组件中的喷嘴的结构示意图。
33.图6为本发明较佳实施例的引射器中的外壳中的第二端盖的结构示意图。
34.图7为本发明较佳实施例的引射器中的外壳中的第一端盖的结构示意图。
35.附图标记说明：
36.壳体10
37.筒状壳体101
38.回流气体入口1011
39.挡板1012
40.第二通孔1012a
41.第一端盖102
42.气体进口1021
43.第二端盖103
44.出气口1031
45.第一腔体104
46.第二腔体105
47.进气腔体106
48.引射组件20
49.引射管201
50.吸入段2011
51.混合段2012
52.扩散段2013
53.引射口2011a
54.喷嘴202
55.喷嘴的入口2021
56.喷嘴的出口2022
57.台阶2023
58.环形凹槽2023a
59.安装底座30
具体实施方式
60.下面通过实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
61.如图1至图7所示，本实施例提供一种引射器，该引射器用于燃料电池系统中，本实施例以氢燃料电池为例进行说明。引射器包括壳体10，壳体10内设有相互间隔的第一腔体104和第二腔体105，壳体10上设置有用于回流气体也就是回流氢气进入的回流气体入口1011，其中回流氢气入口适于氢燃料电池系统中的气液分离装置相连接的。未反应完的氢气经过气液分离装置进行气液分离后，自回流气体入口1011进入第一腔体104内部。壳体10上还设置有用于混合气体流出的出气口1031，混合气体是指用于引射回流氢气的来自于供氢装置的氢气和回流氢气的混合气体。为了使得回流氢气能顺利进入第一腔体104内，回流气体入口1011与第一腔体104相连通，壳体10上的出气口1031与第二腔体105相连通，以使得进入第二腔体105内的混合气体自出气口1031排出。引射器还包括多个引射组件20，所有的引射组件20设于壳体10内，引射组件20用于引射第一腔体104内的回流气体，引射组件20的一端延伸至第二腔体105内并与第二腔体105连通。
62.其中，引射组件20通过超音速的引射气体将回流气体吸入引射组件20后，将回流气体与引射气体混合，然后自引射组件20的出口流出。在壳体10内设置多个引射组件20，以增大整个引射器的引射气体的流量及压力，同时也增大了回流气体的回流比，进而增大引射气体和回流气体的混合气体的流量。将多个引射组件20的出口端延伸至第二腔体105内，使得从引射组件20内流出的混合气体在第二腔体105内汇聚后再从壳体10上的出气口1031流出。这就使得从出气口1031流出的混合气体的流量更大，压力更高。而且，还可以减小单个引射组件20的长度，进而可减小引射器的体积。
63.在本实施例中，引射组件20包括用于对引射气体加速的喷嘴202和用于混合回流
气体和引射气体的引射管201。壳体10上设置有气体进口1021，喷嘴的入口2021与气体进口1021相连通，喷嘴202上背离喷嘴的入口2021的一端伸入至引射管201内。其中，沿着喷嘴202的轴线方向，设置有自喷嘴202的一端向另一端贯通的流通通道，该流通通道的一端与气体进口1021相连通，也就是以上所述的喷嘴的入口2021，那么流通通道的另一端所对应的口围喷嘴的出口2022。流通通道的内径自入口的一端固定不变，然后逐渐减小，然后又逐渐增大。流通通道的内径最小的位置，为喷嘴的加压口。引射气体通过喷嘴的加压口加压后以超音速自喷嘴的出口2022流入引射管201内，这时，在引射管201内形成一个负压区，以吸附回流气体至引射管201内。将喷嘴的入口2021与壳体10上的气体进口1021相连通，使得具有一定压力的引射气体自气体进口1021流至喷嘴202内。喷嘴202上背离喷嘴入口的一端，也就是喷嘴的出口2022端伸入至引射管201内，使得经喷嘴202加速后的引射气体更精准地射入引射管201的内部，有利于提高引射组件20的引射能力。
64.引射管201包括依次连通的吸入段2011、混合段2012及扩散段2013，其中，吸入段2011的内径自背离混合段2012的一端向朝向混合段2012的一端逐渐减小；混合段2012的内径不变；扩散段2013的内径自朝向混合段2012的一端向背离混合段2012的一端逐渐增大。引射管201上还设置有引射口2011a，引射口2011a开设于吸入段2011对应的侧壁上，引射口2011a与第一腔体104相连通。第一腔体104于回流气体的入口相连通，也就是说回流气体是自回流气体的入口进入第一腔体104内。而引射口2011a与第一腔体104连通，就使得第一腔体104内的回流气体其引射口2011a进入引射管201内。自喷嘴202内喷出的引射气体喷入引射管201的吸入段2011后，由于吸入段2011的内径由大变小，进一步加快了引射气体也就是自供氢装置流入引射管201内的氢气的流速，使得吸入段2011的内径较大的部位的压强小于内径较小的部位的压强，也就是使得在引射口2011a处产生压差，进而使得第一腔体104内的回流氢气吸入引射管201内。混合段2012用于将引射气体和回流气体进行混合。扩散段2013的内径由小变大，以降低混合后的气体的压力，进而减小混合气体的流速，以使得混合气体的流速能适应燃料电池系统对燃料气体的需求，进而使得燃料气体能充分参与反应，以提高燃料气体的利用率。
65.进一步地，喷嘴202的端部延伸至超过引射口2011a并向混合段2012的口部延伸。采用这种设置，使得自喷嘴202流出的引射气体内全部流入引射管201内，而不会自引射口2011a内流出，进而可以提高引射组件20的引射能力及气体利用率。在本实施例中，一个壳体10内设置了三个引射组件20，采用三个引射组件20，不仅能提高了引射器的引射气体的流速及流量，同时也提高了回流气体的回流比，进而提高了气体利用率。同时也减小了单个引射管201的长度，进而可以减小整个引射器的体积。其中，每个引射管201上的引射口2011a正对于壳体10的内壁。采用这种设置，使得多个引射管201上的引射口2011a之间不会相互影响，进而可提高回流气体的回流比。
66.在本实施例中，壳体10包括一两端开口的筒状外壳、第一端盖102和第二端盖103，第一端盖102和第二端盖103分别与筒状外壳的两端可拆卸连接，气体进口1021设置于第一端盖102上，出气口1031设置于第二端盖103上。采用这种设置方式便于安装引射组件20。其中，对于第一端盖102和第二端盖103与筒状壳体101的可拆卸连接方式不做限制，在本实施例中，第一端盖102和第二端盖103通过法兰与筒状壳体101可拆卸连接。
67.进一步地，引射器还包括安装底座30，安装底座30为一一侧为平面，另一侧的部分
向外凸起的凸台。第一端盖102的内部具有一空腔，安装底座30与第一端盖102连接，安装底座30与第一端盖102之间围成一进气腔体106，气体进口设置在第一端盖102背离安装底座30的一端。进气腔体106的截面积自安装底座30向出气口1031的方向逐渐减小。喷嘴的入口2021连通于进气腔体106。将安装底座30和第一端盖102之间围成进气腔体106，使得自进气口流入的高压气体先流入进气腔体106内；而喷嘴的入口2021是与进气腔体106连通的，就使得进入进气腔体106内的高压气体经过喷嘴的入口2021进入喷嘴内。采用这种设置便于将进气口与多个喷嘴202建立连通关系，进而有利于对多个引射组件20进行布局，从而简化引射器的结构。
68.在本实施例中，安装底座30上设置有与引射管201相对应的第一通孔，引射管201连接于安装底座30的一侧，喷嘴202的一端自第一通孔穿过并伸入至引射管201内。喷嘴202朝向其入口的一端具有一台阶2023，该台阶2023的尺寸大于第一通孔的直径，该台阶2023的侧面与安装底座30相贴合，台阶2023用于对喷嘴202进行限位。而且在该台阶2023与安装底座30相贴合的侧面上设置有环形凹槽2023a，该环形凹槽2023a内设置有密封圈，以提高喷嘴202与安装底座30之间的密封性能，防止喷嘴202及安装底座30之间的间隙漏气。引射管201与安装底座30可以采用螺纹连接，也可以采用焊接的形式进行固定。通过以上结构形式，使得多个引射组件20与安装底座30之间连接为一个整体，进而提高多个引射组件20的集成性，从而便于整个引射器的安装。
69.在本实施例中，壳体10还包括一挡板1012，挡板1012与筒状外壳一体设置，或者，挡板1012与筒状外壳可拆卸连接；第二端盖103与挡板1012围成第二腔体105。
70.第二腔体105的截面积自挡板1012向出气口1031的一端逐渐减小。第二端盖103和挡板1012之间围成第二腔体105，以使得第一腔体104和第二腔体105之间是相互独立的，进而防止第一腔体104内的回流气体进入第二腔体105内，以影响第二腔体105内气体的均匀性。挡板1012上设置有与引射管201相对应的第二通孔1012a，引射管201背离喷嘴202的一端穿过第二通孔1012a伸入至第二腔体105内。引射管201背离喷嘴202的一端也就是引射管201的出口端，将引射管201的出口端穿过挡板1012上的第二通孔1012a后，伸入至第二腔体105内，使得经引射管201混合以后的气体在第二腔体105内汇聚后从出气口1031流出。在安装底座30上设置有一l型的固定板，用于与燃料电池系统中的其他结构相连接。
71.本实施例还提供一种燃料电池系统，其包含如上的引射器。引射器上的回流气体入口1011与燃料电池系统中的气液分离装置的出口相连通；引射器上的气体入口与供氢系统的出口相连接。在燃料电池系统中，采用如上结构形式的引射器，不仅提高了氢气的流速及流量，同时也提高了氢气回流比，从而提高了氢气的利用率；而且还可以减小引射器的体积，从而也减小了燃料电池系统的体积，进而节省空间。
72.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。