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常見問題

燃料電池氫引射器詳解

文字:[大][中][小] 手機頁面二維碼 2021/3/3     瀏覽次數:    

燃料電池工作過程中,為保證電極陽極側氫氣能夠在活性面積區域均勻的擴散,氣體必須要過量供應,而過量的氫氣反應后不能直接排放以免造成浪費,因此必須有循環裝置將過量的氫氣由出口在循環至入口處。

常見的循環裝置主要分為主動形式的氫氣循環泵和被動形式的氫氣引射器,相比氫氣循環泵,氫氣引射器無移動部件、結構簡單、運行可靠,而且無寄生功率,是實現燃料電池氫氣循環利用的理想裝置。

由伯努利定律可知在高速流動的流體附近會產生低壓,從而產生吸附作用。利用這種效應可以制作出文氏管,如下圖所示,A口連接氫源處,1處高壓氫氣由噴嘴2以較高的速度噴出,在3處形腔產生低壓將電堆出口B處過量的氫氣在此吸入,最后混合A處進入的氫氣由C口噴出進入電堆入口。

燃料電池氫引射器示意圖

燃料電池氫氣引射器示意圖




一般流速較高的區域產生低壓,將高壓區的氫氣吸入,圖中清楚的表示了引射器中各個位置氫氣流速和壓力的對應關系。

氫氣引射器內壓力與流速分布示意圖


△ 氫氣引射器內壓力與流速分布示意圖



引射器最大優勢在于節省能耗,由于沒有復雜的運動件,更加簡單可靠,并且它的體積能做到氫氣循環泵的三分之一,實際成本還不到氫氣循環泵一半。


但引射器也有明顯的缺陷,由于引射器是被動吸氣循環,很難覆蓋燃料電池全部工況需求,一般非可調氫氣引射器只針對燃料電池發動機的額定工作點設計。這會造成引射器在低功率負載下引射效果不佳,為彌補這一缺陷,從而覆蓋燃料電池發動機的全部工作區間,國內外都在探索采用增加引射器移動部件或采用引射器與循環泵并聯的方法實現上述設計目標。


本田汽車在2009款燃料電池汽車上采用了可變噴嘴引射器,之后在Clarity燃料電池汽車上取消了隱射器的可變噴嘴功能,采用固定噴嘴隱射器+氫氣噴射的集成進氣循環模式。


  本田Clarity氫氣進氣與循環系統原理圖

本田Clarity氫氣進氣與循環系統原理圖

本田Clarity固定噴嘴引射器和氫氣噴射器集成設計結構剖面圖



△ 本田Clarity固定噴嘴引射器和氫氣噴射器集成設計結構剖面圖




引射器最核心的部分在于文丘里管的設計和控制邏輯方案,不同企業的設計思路和解決方案都存在差別,目前都是基于客戶的需要進行定制化設計,長城汽車也推出了覆蓋額定功率8%~100%的全功率引射器,采用比例電磁閥+單引射器”的氫循環模塊,可有效彌補引射器的覆蓋工作范圍窄的缺點,提升了引射器效率。

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