[发明专利]一种集成流量测量功能的燃料电池引射器及流量测量方法

说明书

本发明提供了一种集成流量测量功能的燃料电池引射器及流量测量方法，所述引射器包括射流入口、引流入口、喷嘴、混合室、扩压室、引射器出口，所述扩压室与所述混合室连通，并且所述扩压室在流体流动方向上前端的截面积小于后端的截面积；所述扩压室的前端和后端设置有测压点，测压点之间设置有压差传感器。本发明将引射器扩压和文丘里测压有效集成，同时实现引射器压力恢复功能和流量测量功能。进一步，本发明还提出具体的实施方法及流量的推算过程。上述引射器实现了流量的在线测量方式，将流量的信息转换为瞬态采集的压力信号，精度高，瞬态效果好，可利用信号实时监测和控制。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种集成流量测量功能的燃料电池引射器及流量测量方法。

背景技术

为提高燃料电池系统性能、提高氢气利用率，燃料电池系统中均采用氢回流系统，即燃料电池氢气过量供给电堆，剩余未消耗氢气与反应生成物等混合排出电堆，出堆回流混合物经由驱动装置（例如氢循环泵或引射器）驱动回流，与新鲜供给氢气混合后，重新进入电堆。

引射器作为氢回流驱动装置，其工作原理为：压缩氢气在喷嘴处产生高速射流，形成局部低压区，受压差驱动引流流体流向该低压区，并与射流流体混合，经扩压室气流流速降低，压力恢复，由此实现引射器驱动引流流体从低压到高压流动。引射器较传统的氢循环泵，无运动部件、不需消耗外界能量、结构简单、体积小、成本低，在燃料电池领域应用广泛。

在氢气回流系统中，新鲜氢气与未消耗氢气总流量与电堆理论氢气消耗量的比值为电堆电化学反应的氢气计量比，是保证电堆运行的关键参数，因此准确测量未消耗氢气的回流流量是保证氢气计量比的关键。

当前，燃料电池氢供给系统流量计存在以下难点：1、受多相影响敏感，常用的质量流量计测量时会产生偏差，难以满足精度要求；2、燃料电池系统结构紧凑，常见的质量流量计体积较大，安装空间受限；3、对于燃料电池在车辆上的应用，常见的质量流量计难以满足车用可靠性要求，不容易实现在线计量。

总之，当前燃料电池氢供给系统的在线流量测量没有可靠的实施方案。

发明内容

针对上述燃料电池氢供给系统流量测量的需求及难点，本发明提出了一种集成流量测量功能的燃料电池引射器及流量测量方法，其主要原理将引射器扩压和文丘里测压有效集成，同时实现引射器压力恢复功能和流量测量功能。进一步，本发明还提出具体的实施方法及流量的推算过程。

首先，本发明提供了一种集成流量测量功能的燃料电池引射器，该引射器包括射流入口、引流入口、喷嘴、混合室、扩压室、引射器出口；所述射流入口与燃料电池的氢气供给管路连接，所述引流入口与氢气回流管路连接；所述喷嘴与所述射流入口连通，用于将射流入口输入的氢气喷射到所述混合室中；所述混合室与所述引流入口连通，用于将喷嘴喷入的氢气和引流入口引入的回流流体充分混合；所述扩压室与所述混合室连通，并且所述扩压室在流体流动方向上前端的截面积小于后端的截面积；所述扩压室的前端和后端设置有测压点，测压点之间设置有压差传感器；所述扩压室的后端连接有引射器出口。

具体的，所述引射器中的射流入口的数量不作具体的限制，并且每个射流入口都配置有一个对应的喷嘴，因此所述引射器可以包括多个射流入口及相应的多个喷嘴，所述多个喷嘴分别与多个射流入口连通，并被配置为独立的将各个射流入口输入的氢气喷射到所述混合室中。

优选的，所述射流入口具体有两个，具体为主射流入口和环路射流入口，相应的喷嘴即主喷嘴及环路喷嘴，所述主喷嘴与主射流入口连通，所述环路喷嘴环绕设置在主喷嘴周围，并且与环路射流入口连通。

由于射流入口输入的氢气经过喷嘴后流速增加，压力降低形成低压区，因此氢气回流管路中的回流流体将从从引流入口引入，在混合室中与喷嘴喷出的氢气充分混合形成入堆流体，并进入扩压区。所述“入堆流体”具体是指出堆氢气经过汽水分离后的气体部分与射流入口进入的新鲜氢气所形成的混合气体。