接。
[0047]在喷射器主体12的前端，即，在混合器和扩散器的前端形成出口 10，使得通过氢出口 10喷射的氢可以供应到电池堆。在喷射器主体12的后端或在后端下方形成再循环氢入口 11，使得通过再循环氢入口 11引入到喷射器主体12中的再循环氢可以与新的氢混合从而供应到电池堆。
[0048]另外，喷射器包括用于喷洒氢的喷嘴14。喷嘴14与喷射器主体12的后端连接以被支承并且设置在喷射器主体12的内侧。
[0049]喷嘴14可以包括喷嘴主体15、喷嘴盖16、阀喷嘴18、衬套20。
[0050]喷嘴主体15可以通过其后端与流量控制阀13连通。在喷嘴主体15中形成氢流动所经过的氢流动路径25以及氢排出所经过的孔口 21。
[0051]因此，从流量控制阀13传送的氢沿着氢流动路径25流动并且经过孔口 21。随后，在经过阀喷嘴18、混合器和扩散器之后，氢通过氢出口 10喷射从而引入到电池堆中。
[0052]具有中空盖形状的喷嘴盖16与喷嘴主体15的前端平行地安装，使得氢经过喷嘴盖16的内部。
[0053]具有管道形状以允许氢经过的阀喷嘴18与喷嘴盖16的内部中心轴平行地布置。另外，阀喷嘴18经支承以使得能够在多个支架24的内壁表面上滑动，该多个支架24在喷嘴盖16和下文将进行描述的衬套20的前端的内壁上形成。
[0054]在喷嘴盖16的前端的周边与阀喷嘴18的内壁之间形成空隙，使得通过该空隙引入到衬套20中的氢可以通过喷嘴盖16的前端排出。
[0055]另外，阀喷嘴18可以由弹簧17弹性地支承，弹簧17的一侧由衬套20的一侧支承，使得阀喷嘴18始终接收弹簧17的力从而被向后方推动。
[0056]具体地说，在阀喷嘴18的后端形成比阀喷嘴具有相对更大直径的阀片22。在此情况下，阀片22可以通过选择性地阻塞喷嘴主体15中的氢路径25的孔口 21来使氢路径相对于喷嘴盖的内侧打开或关闭。
[0057]例如，包括阀片22的阀喷嘴18可以在由弹簧17完全弹性地支承时向前和/或向后方直线移动。因此，阀片22可以根据施加于阀片22的后表面的氢压力与弹簧力之间的相关性而在向前方向上移动或在向后方向上还原。
[0058]因此，在阀片22和阀喷嘴18向前方移动的状态下，当阀片22与孔口 21分离时，喷嘴盖16的内侧与氢路径25连通，使得氢可以流入到喷嘴盖16的内侧。
[0059]另外，在阀片22和阀喷嘴18向后方还原的状态下，当阀片22紧密附接于孔口 21时，喷嘴盖16的内侧与氢路径25切断，使得氢仅可以通过阀喷嘴18供应。
[0060]衬套20布置在喷嘴盖16与阀喷嘴18之间的同心圆上并且与阀喷嘴18的内壁表面相称。
[0061]在衬套20上形成多个孔19并且多个孔19沿着衬套20的外围布置，使得流入到喷嘴盖16中的氢可以经孔19逸出以通过喷嘴盖16的前端喷射。
[0062]在弹簧17弹性地支承阀喷嘴18的情况下，当弹簧17置于衬套20中设置的沟槽中时，弹簧17的两端均可以支承并且安装在衬套20侧与阀片22侧之间。
[0063]同时，在阀喷嘴18具有阀片22的情况下，在设置阀片22的阀喷嘴18的后端形成从阀片21的后表面突出的突起23(参见图4)，使得引起撞击阀片22的后表面的氢的涡流和压降。特别地，由于涡流和压降，在流体流动特征曲线上过渡区可以是流畅的。
[0064]因此，根据本发明，喷射器在与流量控制阀连接的同时在喷嘴中具有阀结构。喷嘴包括阀喷嘴(小喷嘴或内喷嘴)、外喷嘴(大喷嘴)、弹簧、衬套以及喷嘴盖。
[0065]在喷嘴的结构和形状中，喷嘴喉部面积和流量随电控的流量控制阀以及喷嘴中的阀而变化。
[0066]随后，如下根据力的平衡操作喷嘴阀的开/关操作:
[0067]Fs> (Pin-Pout) XAv —关闭喷嘴阀，
[0068]Fs< (Pin-Pout) XAv —打开喷嘴阀，
[0069]其中Pin是流量控制阀的下游压力，Pout是喷嘴阀的后端压力，Av是孔口的面积，并且Fs是弹黃的力(-kx)。
[0070]根据以上关系，Av和Fs是预定的设计值，Pin是根据活塞的位置而变化的控制变量。
[0071]特别地，随着施加到流量控制阀的电流增加，喷嘴入口的压力增加。当压力达到阈值压力时，喷嘴阀开始打开，使得流量提高，从而同时将氢供应到阀喷嘴和外喷嘴。
[0072]总之，使得氢能够在低负载下供应到小喷嘴(喷嘴阀)且在大负载下供应到大喷嘴(喷嘴阀+喷嘴盖)。
[0073]图2是示出根据本发明实施方式的当用于燃料电池系统的喷射器在低负载下驱动时的喷射器状态的截面视图。
[0074]图2如下示出喷嘴阀的关闭状态:
[0075]Fs> (Pin-Pout) XAv —关闭喷嘴阀。
[0076]由于在低负载驱动条件下流量控制阀的阀开度较小，因此流量控制阀的下游压力(Pin)降低至低于弹簧17的力。因此，所有的氢供应到阀喷嘴18。
[0077]由于阀喷嘴18的内径较小，因此可以在相同压力下获得较高速度。因而，实现了燃料电池系统所需的在低负载驱动条件下的优异吸收性能(气动性能)。
[0078]图3是示出根据本发明实施方式的当用于燃料电池系统的喷射器在中等或高负载下驱动时的喷射器状态的截面视图。
[0079]图3如下示出喷嘴阀的打开状态:
[0080]Fs< (Pin-Pout) XAv —打开喷嘴阀。
[0081]流量控制阀的活塞在中等或高负载下增大阀开度，使得流量控制阀的下游压力(Pin)增加至高于弹簧17的力。
[0082]因此，阀喷嘴18被打开，使得氢开始供应到阀喷嘴18和外喷嘴(喷嘴盖中的流动路径)。
[0083]随着流量控制阀的开度增大，流量控制阀的下游压力(Pin)增加，使得阀喷嘴18向前方进一步移动得更远。
[0084]随着阀喷嘴18向前方移动，使得流体量能够增加。
[0085]在此情况下，阀喷嘴18的移动操作可以设计成允许衬套20抑制振动。衬套20由能够减小摩擦或经过表面处理的材料形成。
[0086]图4是示出根据本发明实施方式的当用于燃料电池系统的喷射器在中等负载下(在过渡区中)驱动时的喷射器状态的截面视图。
[0087]如图4中所示，在中等负载下的驱动区中，阀喷嘴18因流量控制阀的控制而增加的压力Pin打开。
[0088]当阀喷嘴18开始打开时，力的平衡可快速改变，使得可能引起压力和流量在流体流动特征曲线上快速变化。
[0089]由于不稳定性和非线性是对于流量控制阀的控制非常不利的条件，因此必须鉴于硬件考虑不稳定性和非线性。
[0090]如图4中所示，阀喷嘴18的突起23减少了在阀门开始打开或关闭时所造成的不稳定性。
[0091]孔口的流动路径的面积能够更为逐渐地改变，使得由突起所引起的涡流和压降可以允许流体流动特征曲线中的过渡区较流畅。
[0092]如上文所描述，根据本发明，提供一种新的喷射器，其在喷嘴中具有阀结构，并且能够允许氢燃料通过在喷嘴上游处的流量控制阀(比例控制阀)进行的氢压力控制得以供应或控制。此外，根据本发明，氢在低负载下仅通过阀喷嘴供应，并且阀喷嘴在中等或高负载下移动构建大喷嘴。另外，应用阀喷嘴的突起结构以流畅地改变阀喷嘴和外喷嘴的过渡区，使得当阀喷嘴移动时摩擦并不大并且不会输出任何异物。另外，出于稳定移动阀喷嘴的目的应用衬套、喷嘴盖和弹簧，使得可以改进喷射器的栗送效率。因此，可以保证阀的耐久性并且可以抑制噪声产生。
[0093]尽管到目前为止已经详细地描述了本发明，但是本发明的范围不限于所述描述，本领域的技术人员使用由权利要求所限定的本发明的基本概念所进行的各种修改也落在本发明的范围内。
【主权项】
1.一种用于燃料电池系统的喷射器，所述喷射器包括: 喷射器主体，在前端具有氢出口且在后端具有再循环氢入口；以及 喷嘴，安装在所述喷射器主体中以与用于控制氢供应的流量控制阀连通， 其中所述喷嘴包括: 喷嘴主体，具有氢流动路径；以及 喷嘴装置，安装在所述喷嘴主体处并且配置成提供氢流动路径，所述喷嘴主体根据系统负载的增大或减小改变喷嘴喉部面积，使得所述氢供应和再循环流量得到控制。2.根据权利要求1所述的喷射器，还包括阀片，形成在阀喷嘴的后端，并且在选择性地关闭所述喷嘴主体中的氢流动路径的孔口的同时打开或关闭喷嘴盖的内侧和所述氢流动路径。3.根据权利要求1所述的喷射器，还包括在阀喷嘴的后端形成的突起，其中所述突起比阀片的后表面更向后关出。4.根据权利要求1所述的喷射器，其中所述喷嘴装置包括: 喷嘴盖，安装在所述喷嘴主体的前端； 阀喷嘴，配置成提供氢流动路线，与所述喷嘴盖的内轴线平行地布置，并且在由弹簧弹性地支承以移动的同时打开或关闭所述喷嘴盖的内侧和所述氢流动路径；以及 衬套，配置成在同心地介于所述喷嘴盖与所述阀喷嘴之间的同时，通过使用多个孔提供氢引入到所述喷嘴盖中的流动路线。5.根据权利要求4所述的喷射器，还包括阀片，形成在所述阀喷嘴的后端，并且在选择性地关闭所述喷嘴主体中的氢流动路径的孔口的同时打开或关闭所述喷嘴盖的内侧和所述氢流动路径。6.根据权利要求4所述的喷射器，还包括在所述阀喷嘴的后端形成的突起，其中所述关起比阀片的后表面更向后关出。7.根据权利要求1所述的喷射器，其中所述喷射器安装在燃料电池车中。
【专利摘要】本发明提供一种用于向燃料电池系统中的电池堆供应例如氢的燃料的喷射器，其可以根据系统负载的增大或减小自动地移动喷嘴的位置。因此，可以通过选择在使用喷射器的燃料电池系统中的喷嘴喉部面积来控制氢的必要供应以及再循环流量，并且具体地说，能够经自动地控制以在低负载下通过小喷嘴供应氢以使再循环量增加。
【IPC分类】H01M8/04
【公开号】CN105098209
【申请号】CN201410791047
【发明人】鲁容奎, 郑世权
【申请人】现代自动车株式会社
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2014年12月18日
【公告号】DE102014225274A1, US20150333339