氫燃料電池發動機系統為什么要氫氣引射循環?這篇文章告訴你

金秋十月,豐收的季節。
正值“十四五”規劃收官,“十五五”規劃布局之際,我國氫能產業喜迎歷史性發展機遇:國家“十五五”規劃《建議》明確提出前瞻布局未來產業,推動量子科技、生物制造、氫能和核聚變能、腦機接口、具身智能、第六代移動通信等成為新的經濟增長點!

經過持續多年的產業培育,氫能制取、儲運、應用全鏈條關鍵技術取得突破,氫燃料電池汽車示范規模突破2萬輛,氫能產業進入規模化發展關鍵期。

如今,越來越多的氫燃料電池發動機裝車應用,助力打造現代化“零碳交通”。在氫燃料電池發動機系統中,有一個零部件發揮著重要作用——氫氣引射循環系統。什么是氫氣引射循環,為什么要進行氫氣引射循環,這篇文章告訴你。
我們知道,氫燃料電池是一種通過氫氣與氧氣結合發生電化學反應的發電裝置。電堆內的質子交換膜燃料電池(PEMFC)在運行時,供氫不足會對質子交換膜(PEM)造成不可逆的損壞。
一般情況下,氫氣供應量>理論消耗量,以保證穩定功率輸出,減少反應時間。但是供氫過量又會造成燃料浪費。因此,在PEMFC中引入氫氣引射循環技術,將多余的氫氣進行回收再利用。
例如,在結構緊湊的氫能無人機上安裝氫氣引射器,可以進一步延長無人機的巡航能力。
目前,業界針對氫燃料電池系統中的氫氣回收再利用有“循環泵”和“引射器”兩種技術方式。
相較于傳統循環泵技術存在“體積大、噪音大、功耗高”的缺點,氫氣引射循環技術是通過高速噴射的工作流體造成壓差來實現氫氣循環,具有“結構集成度高、振動噪音低、可靠性強、無寄生功率消耗、易維護、壽命耐久”的優勢,也順應了燃料電池電堆“高性能、輕量化、長壽命”的發展趨勢,廣泛應用于PEMFC發動機系統的氫氣引射循環系統,
氫氣引射循環技術融入了計算流體力學、流場分析、材料結構優化等重要理念。
氫氣引射器主要由工作噴嘴、吸入腔、混合室和擴散室組成,評價一款引射器的重要指標是“引射比”。
引射比可以用公式表明:

ms 表示二次質量流量,g/s; mp表示一次質量流量,g/s
在現實中,影響引射性能的因素有很多,比如引射器的噴嘴喉部直徑、混合室直徑、混合室長度、出口/入口距離比值等,這些影響因素具體表現在引射器的結構設計上。
有學者研究表明,通過優化引射器整體結構設計,在二次流壓力穩定的條件下,氫氣利用率可以達到95%,提升30%的運行性能。
針對大功率氫燃料電池發動機系統工況特性,海億新能自主開發了HYBO2系列燃料電池氫氣引射循環系統,采用引射器與氣水分離器全集成一體化的結構創新設計,縮短了氣體流道距離,減少體積空間,進氫自加熱、出氫壓力穩定,80%~90%高分水效率,滿足大引射的要求。并可以根據用戶提供的功率需求進行定制尺寸開發,實現不同工況下性能表現。
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