用于燃料电池的引射器高压喷头及氢气引射器的制作方法

1.本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种用于引射器高压喷头及氢气引射器。


背景技术：

2.传统的动力系统，会释放出碳化物、氮化物、硫化物等有害气体及pm颗粒等污染物，热效率低，且污染环境。氢燃料电池是无污染、无噪声、高效率的新能源，具有极大的发展潜力。其是利用电解水的逆反应，把氢和氧分别供给给阳极和阴极，氢在催化剂作用下，放出电子，氢离子通过质子交换膜流向阴极，而电子通过外循环到达阴极，从而产生电流，氢离子在阴极和氧、电子结合而产生水。
3.氢气的分子量较小，一定压力的氢气很容易发生泄漏，在目前氢循环系统中的氢喷射器工作过程中，氢气的密封是一个难题。目前氢循环系统中，会存在一个氢循环泵，使氢气在氢循环系统中流动起来。循环泵需要额外控制，而且还消耗额外的功耗，容易故障。因此，可用引射器替代，以简化氢循环系统。
4.不同功率的引射器需要配不同口径的高压喷头，高压喷头孔径较小加工难度较高，且加工的一致性和经济性很难保证，目前尚无通用的氢气引射器。


技术实现要素：

5.鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种用于燃料电池的引射器高压喷头及氢气引射器，用以解决现有技术氢气循环泵容易故障且引射器口径不同导致通用性差的问题。
6.一方面，本发明实施例提供了一种用于燃料电池的引射器高压喷头，包括喷头主体（2），以及为该喷头主体（2）配备的不同引射尺寸的快换喷嘴（1）；选定引射尺寸的快换喷嘴（1）与喷头主体（2）进行过盈配合连接；喷头主体（2）的壳体外表面上分别设有与引射器主体（8）密封连接的密封机构（3）、与引射器主体（8）固定连接的安装凸点（4），其内部通道包括依次连通且平滑过渡的均匀内径通道、具有设定锥体角度的局部锥体通道一；每一快换喷嘴（1）的壳体的一端设有伸入与喷头主体（2）的局部锥体通道一内卡接的连接机构，另一端为具有设定引射孔（5）的喷头端部，其内部通道包括依次连通且平滑过渡的与局部锥体通道一的轴线和椎体角度一致的局部锥形通道二，以及均匀内径的引射孔通道；不同引射尺寸的快换喷嘴（1）的引射孔通道的内径不同。
7.上述技术方案的有益效果如下：对每一喷头主体（2）配备不同引射尺寸的快换喷嘴（1），解决了现有引射器高压喷头通用性较差的问题，在燃料电池功率变更时，仅需更换快换喷嘴（1），节省了工作量和工作时间。通过设置密封机构（3），解决现有引射器高压喷头密封问题频发的问题。通过选定引射尺寸的快换喷嘴（1）与喷头主体（2）的过盈配合连接，保证了加工的一致性和经济性，有效提高了用户体验。
8.基于上述喷头的进一步改进，该引射器高压喷头还包括控制单元；其中，所述控制单元，用于根据输入的电堆功率输出快换喷嘴（1）的选定引射尺寸；以及，接收到用户反馈的安装指令后，将指定位置的选定引射尺寸的快换喷嘴（1）与喷头主体（2）通过压装进行过盈配合连接。
9.进一步，所有快换喷嘴（1）的连接机构的形状、大小均一致，并且，其壳体的外端面均采用与喷头主体（2）一体式设计的锥形结构。
10.进一步，每一所述快换喷嘴（1）的引射孔通道的内径为0.5~3 mm；并且，所述喷头主体（2）的外表面上均匀布设多个所述安装凸点（4），所有安装凸点（4）的中心均位于同一平面内。
11.进一步，所述喷头主体（2）的均匀内径通道、局部锥体通道一和选定引射尺寸的快换喷嘴（1）的局部锥形通道二、引射孔通道各自的中心轴线均处于同一直线上，并且，其各自的通道内壁表面均涂覆有相同厚度的耐高温防水材料。
12.与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：1、能够根据电堆功率，选择合适尺寸的快换喷嘴（1）；2、引射器高压喷头连接段采用密封机构（3），提高密封可靠性；3、通过控制单元可自动连接快换喷嘴（1）与喷头主体（2），提高了便捷性，同时，结构稳固、受外界环境影响较小。
13.另一方面，本发明实施例提供了一种用于燃料电池的氢气引射器，包括上述引射器高压喷头（7），以及，引射器主体（8）；其中，引射器主体（8）的壳体上设有与喷头主体（2）的安装凸点（4）配合使用的安装凹块，一侧设有半伸入引射器高压喷头（7）的安装部位，另一侧设有与燃料电池的进气口连接的扩压排气口，底部设有与燃料电池的氢气侧尾气输出端连接的回流口，其内部分别设有主路气路、循环气路（9）、混合室和扩压室；主路气路的入口与引射器高压喷头（7）的喷头端部密封连接，用于将燃料电池的主路氢气输送至混合室；循环气路（9）设于引射器主体（8）的壳体底部，用于将燃料电池的循环气体输送至混合室；混合室用于将主路氢气和循环气体混合；扩压室用于将混合后气体进行扩压。
14.上述技术方案的有益效果如下：采用引射器主体（8）与高压喷头组合的模式，对不同功率的引射器，更换不同口径的快换喷嘴（1），可实现快速调整电堆功率。
15.基于上述氢气引射器的进一步改进，该氢气引射器还包括调控设备；其中，所述调控设备，用于分别控制主路气路、循环气路（9）的通气量，以及温度、湿度状态。
16.进一步，所述扩压室位于混合室远离引射器高压喷头（7）的一端；并且，所述扩压室沿着所述混合室的一端至另一端的内径逐渐增大，用于将所述混合室输出的混合气体扩压后输送至所述燃料电池的电堆内。
17.进一步，所述引射器主体（8）和引射器高压喷头（7）上还分别设有用于螺栓通过的螺栓孔，通过所述螺栓孔对引射器主体（8）和引射器高压喷头（7）进行螺栓连接以加固。
18.进一步，所述调控设备执行如下程序：分别检测引射器主体（8）的循环气路（9）内部流通气体的通气量、温度、湿度信息；
将氢气引射器的预设通气量和所述引射器主体（8）的循环气路（9）内部流通气体的通气量、温度、湿度信息输入事先训练好的深度学习网络，得到主路气路内部流通气体的最优通气量、最优温度、最优湿度信息；根据所述最优通气量、最优温度、最优湿度信息对主路气路的气流进行调整；检测调整后预设时刻的混合室出口的气体通气速度、温度、湿度；将混合室出口的气体通气速度和预设的通气速度阈值范围对比，当其低于阈值下限时，控制引射器主体（8）的循环气路（9）和主路气路的通气量分别按预设比例增大，当其高于阈值上限时，控制引射器主体（8）的循环气路（9）和主路气路的通气量分别按预设比例减小，直到处于通气速度阈值范围内，执行下一步；将混合室出口的气体湿度和预设的湿度阈值范围对比，当检测到的湿度信息低于湿度阈值下限时，控制引射器主体（8）的循环气路（9）和主路气路的气体湿度分别按预设比例升高，当其低于湿度阈值上限时，控制引射器主体（8）的循环气路（9）和主路气路的气体湿度分别按预设比例减小，直到处于湿度阈值范围内，执行下一步；将混合室出口的气体温度和预设的温度阈值范围对比，当检测到的温度信息低于温度阈值下限时，控制引射器主体（8）的循环气路（9）和主路气路的气体温度分别按预设比例升高，当其高于温度阈值上限时，控制引射器主体（8）的循环气路（9）和主路气路的气体温度分别按预设比例减小，直到处于温度阈值范围内，结束调整。
19.与现有技术相比，本发明提供的氢气引射器可实现能够精准地控制输出气体的速度、温度、湿度。
20.提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
21.通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
22.图1示出了实施例1用于燃料电池的引射器高压喷头组成示意图；图2示出了实施例1一号快换喷嘴示意图（引射孔通道的内径为1mm）；图3示出了实施例1二号快换喷嘴示意图（引射孔通道的内径为3mm）；图4示出了实施例1引射器高压喷头组合后结构正视示意图；图5示出了实施例1引射器高压喷头组合后结构右视示意图；图6示出了实施例3用于燃料电池的氢气引射器结构示意图。
23.附图标记：1
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快换喷嘴；2
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喷头主体；3
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密封机构；4
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安装凸点；5
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引射孔；6
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喷头主体的内部通道；7
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引射器高压喷头；8
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引射器主体；9
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循环气路；11
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一号快换喷嘴；12
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二号快换喷嘴。
具体实施方式
24.下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
25.在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
26.实施例1本发明的一个实施例，公开了一种用于燃料电池的引射器高压喷头，如图1~5所示，包括喷头主体2，以及为该喷头主体2配备的不同引射尺寸的快换喷嘴1。选定引射尺寸的快换喷嘴1与喷头主体2进行过盈配合连接。
27.喷头主体2的壳体外表面上分别设有与引射器主体8密封连接的密封机构3、与引射器主体8固定连接的安装凸点4，其内部通道包括依次连通且平滑过渡的均匀内径通道、具有设定锥体角度的局部锥体通道一。
28.每一快换喷嘴1的壳体的一端设有伸入与喷头主体2的局部锥体通道一内卡接的连接机构，另一端为具有设定引射孔5的喷头端部，其内部通道包括依次连通且平滑过渡的与局部锥体通道一的轴线和椎体角度一致的局部锥形通道二，以及均匀内径的引射孔通道；不同引射尺寸的快换喷嘴1的引射孔通道的内径不同。
29.引射器高压喷头是引射器的重点零部件。各不同引射尺寸的快换喷嘴1可直接挂接在喷头主体2的外部，便于存储。
30.与现有技术相比，本实施例提供的引射器高压喷头对每一喷头主体2配备不同引射尺寸的快换喷嘴1，解决了现有引射器高压喷头通用性较差的问题，在燃料电池功率变更时，仅需更换快换喷嘴1，节省了工作量和工作时间。通过设置密封机构3，解决现有引射器高压喷头密封问题频发的问题。通过选定引射尺寸的快换喷嘴1与喷头主体2的过盈配合连接，保证了加工的一致性和经济性，有效提高了用户体验。
31.实施例2在实施例1的基础上进行改进，基于上述喷头的进一步改进，该引射器高压喷头还包括控制单元。
32.控制单元，用于根据输入的电堆功率输出快换喷嘴1的选定引射尺寸（可以是引射孔通道内径，或者引射孔内径）；以及，接收到用户反馈的安装指令后，将指定位置的选定引射尺寸的快换喷嘴1与喷头主体2通过压装进行过盈配合连接。
33.具体地，控制单元内置训练好的数学模型或深度网络模型，输入电堆功率数据后，可输出快换喷嘴1的选定引射尺寸，其还包括自动扣接机构，放到指定尺寸后可进行过盈配合连接。
34.优选地，所有快换喷嘴1的连接机构的形状、大小均一致，并且，其壳体的外端面均采用与喷头主体2一体式设计的锥形结构。
35.优选地，每一快换喷嘴1的引射孔通道的内径为0.5~3 mm。并且，喷头主体2的外表面上均匀布设多个安装凸点4，所有安装凸点4的中心均位于同一平面内。
36.优选地，喷头主体2的均匀内径通道、局部锥体通道一和选定引射尺寸的快换喷嘴1的局部锥形通道二、引射孔通道各自的中心轴线均处于同一直线上，并且，其各自的通道内壁表面均涂覆有相同厚度的耐高温防水材料。
37.与现有技术相比，本实施例提供的引射器高压喷头具有如下有益效果：1、能够根据电堆功率，选择合适尺寸的快换喷嘴1；2、引射器高压喷头连接段采用密封机构，提高密封可靠性；3、通过控制单元可自动连接快换喷嘴1与喷头主体2，提高了便捷性，同时，结构稳固、受外界环境影响较小。
38.实施例3本发明实施例还提供了一种用于燃料电池的氢气引射器，包括实施例1或2所述引射器高压喷头7，以及，引射器主体8，如图6所示。引射器主体8的壳体上设有与喷头主体2的安装凸点4配合使用的安装凹块，一侧设有半伸入引射器高压喷头7的安装部位，另一侧设有与燃料电池的进气口连接的扩压排气口，底部设有与燃料电池的氢气侧尾气输出端连接的回流口，其内部分别设有主路气路、循环气路9、混合室和扩压室。
39.主路气路的入口与引射器高压喷头7的喷头端部密封连接，其出口与混合室的主路进气口连接，用于将燃料电池的主路氢气输送至混合室；循环气路9设于引射器主体8的壳体底部，其入口与燃料电池的氢气侧尾气输出端连接，其出口与混合室的从路进气口连接，用于将燃料电池的循环气体输送至混合室；混合室的输出端与扩压室的输入端连接，用于将主路氢气和循环气体混合；扩压室用于将混合后气体进行扩压。
40.与现有技术相比，本实施例提供的氢气引射器采用引射器主体8与高压喷头组合的模式，对不同功率的引射器，更换不同口径的快换喷嘴1，可实现快速调整电堆功率。
41.实施例4在实施例3所述氢气引射器的基础上进行改进，该氢气引射器还包括调控设备。
42.调控设备，用于分别控制主路气路、循环气路9的通气量，以及温度、湿度状态。
43.优选地，扩压室位于混合室远离引射器高压喷头7的一端。并且，扩压室沿着混合室的一端至另一端的内径逐渐增大，用于将混合室输出的混合气体扩压后输送至燃料电池的电堆内。
44.优选地，引射器主体8和引射器高压喷头7上还分别设有用于螺栓通过的螺栓孔，通过螺栓孔对引射器主体8和引射器高压喷头7进行螺栓连接以加固。
45.优选地，调控设备执行如下程序：s1.分别检测引射器主体8的循环气路9内部流通气体的通气量、温度、湿度信息；s2.将氢气引射器的预设通气量和引射器主体8的循环气路9内部流通气体的通气量、温度、湿度信息输入事先训练好的深度学习网络，得到主路气路内部流通气体的最优通气量、最优温度、最优湿度信息；s3.根据最优通气量、最优温度、最优湿度信息对主路气路的气流进行调整；s4.检测调整后预设时刻的混合室出口的气体通气速度、温度、湿度；
s5.将混合室出口的气体通气速度和预设的通气速度阈值范围对比，当其低于阈值下限时，控制引射器主体8的循环气路9和主路气路的通气量分别按预设比例增大，当其高于阈值上限时，控制引射器主体8的循环气路9和主路气路的通气量分别按预设比例减小，直到处于通气速度阈值范围内，执行下一步；s6.将混合室出口的气体湿度和预设的湿度阈值范围对比，当检测到的湿度信息低于湿度阈值下限时，控制引射器主体8的循环气路9和主路气路的气体湿度分别按预设比例升高，当其低于湿度阈值上限时，控制引射器主体8的循环气路9和主路气路的气体湿度分别按预设比例减小，直到处于湿度阈值范围内，执行下一步；s7.将混合室出口的气体温度和预设的温度阈值范围对比，当检测到的温度信息低于温度阈值下限时，控制引射器主体8的循环气路9和主路气路的气体温度分别按预设比例升高，当其高于温度阈值上限时，控制引射器主体8的循环气路9和主路气路的气体温度分别按预设比例减小，直到处于温度阈值范围内，结束调整。优选地，温度阈值下限设为引射器主体内部结冰的临界温度，温度阈值上限设为燃料电池电堆入口的极限温度值。
46.步骤s1~s7的调控顺序能使得进入电堆的氢气的反应效率较高。
47.优选地，引射器主体8的内部还包括检测通道；所述检测通道设于引射器主体8的扩压室出气口处，与所述引射器主体内部连通，通道内壁上设有检测机构。
48.优选地，检测机构进一步包括气体流量传感器、温度传感器、湿度传感器和固定基座；所述气体流量传感器、温度传感器、湿度传感器的一端伸入至检测通道内部，均通过固定基座与所述引射器主体的侧壁密封连接，另一端作为引出端伸出引射器主体8的外部。
49.与实施例3相比，本实施例提供的氢气引射器能够精准地控制输出气体的速度、温度、湿度。
50.以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对现有技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。