[实用新型]新型引射器、燃料电池系统以及车辆

说明书

本实用新型涉及新能源技术领域，具体涉及新型引射器、燃料电池系统以及车辆，所述新型引射器包括依次连通的的引流入口、混合室、扩压室以及引射出口；所述引射器还包括第一射流入口和第二射流入口，所述第一射流入口和第二射流入口与混合室连通；本实用新型本申请通过具有第一射流入口和第二射流入口的新型引射器，进而能够通过第一氢喷和第二氢喷，分别控制第一射流入口和第二射流入口的喷射压力，由此满足燃料电池系统不同工况下引射能力需求；无论第一射流、还是第二射流，其射流能量均得以充分利用；通过选择第一喷嘴和第二喷嘴的流通面积，配合控制第一氢喷和第二氢喷的开闭幅度，由此系统的自由度增加。

技术领域

本实用新型涉及新能源技术领域，具体涉及新型引射器、燃料电池系统以及车辆。

背景技术

为提高燃料电池系统(质子交换膜燃料电池系统)性能，提高氢气利用率、改善系统水平衡，燃料电池系统中均采用阳极回流(氢回流)系统，即燃料电池阳极氢气反应气体过量供给电堆，电堆电化学反应消耗部分氢气，剩余氢气连同反应生成物混合排出电堆，出堆混合物经由驱动装置(氢循环泵或引射器)驱动回流，在电堆阳极入口之前与新供给的氢气混合，重新进入电堆。

氢气回流驱动装置主要有氢循环泵、引射器两种形式。传统的氢循环泵，质量重、成本高、热惯性大、冷态结冰风险高；而对于引射器，其无运动部件、不需消耗外界能量、结构简单、体积小、成本低，有较大的推广潜力。

引射器4主要利用氢气存储过程中的能量，常见引射器4流体域结构如图1所示，其工作原理：压缩氢气通过射流入口4a在喷嘴4c处产生高速射流，形成局部低压区，受压差驱动引流流体通过引流入口4b流向该低压区，并与射流流体在混合室4d混合，经扩压室4e气流流速降低，压力恢复并从引射出口4f进入到电堆5内。通常情况下，经引射器4恢复后的压力高于引流入口4b的压力，由此实现引射器4驱动引流流体从低压到高压流动。

当前引射器在与车用燃料电池系统中的匹配应用受到较大的挑战。主要表现在：车用燃料电池系统需要在怠速工况至峰值工况整个工作区域取得较高的引射能力；而引射器对于低负荷工况与高负荷工况难以兼顾。比如：按低负荷工况匹配的引射器尺寸，通常射流流通能力较小，高负荷工况应用受限；按高负荷工况匹配的引射器尺寸，在低负荷工况可用的射流能量较小，难以达到目标引射比。

针对传统的单引射器方案难以满足车用燃料电池系统宽广工作域的引射需求，研究人员提出不同的应对方案。

引射器与氢循环泵串并联：

申请号为US2005/0208357A1的专利提出引射器与氢循环泵串并联的架构，申请号为US8709669B2的专利中提出引射器与氢循环泵串并联的详细控制策略。引射器与氢循环泵串并联通常高负荷工况主要采用引射器，而针对于低负荷工况主要采用氢循环泵。

双路或多引射路并联：

申请号为US6670067的专利提出两个引射路并联的方案，申请号为US20130216352A1的专利提出两个引射器或多个引射器并联，并集成布置的方案。依据已有的资料，多引射路并联可采用不同口径大小的引射器，针对燃料电池系统的工况需求，开启不同的引射路。

引射器与旁通路并联：

申请号为US8828612的专利提出引射器与旁通路并联的方案，申请号为US9356302B2的专利提出双喷射器分别控制引射器和旁通路的方案。此类方案中燃料电池系统低负荷工况旁通路不开启，高负荷工况旁通路开启，弥补高负荷工工况的引射器流通能力不足的缺点。

可变截面喷嘴引射器：

申请号为US6858340、US8507138、US9719529、US9368806、CN111668509A、WO2020178486A1的专利均提出可变截面喷嘴的设计方案。其特点为根据为满足车用燃料电池系统需求，引射器喷嘴的流通面积瞬态可调。