氫燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)為什么要氫氣引射循環(huán)？這篇文章告訴你

金秋十月，豐收的季節(jié)。

正值“十四五”規(guī)劃收官，“十五五”規(guī)劃布局之際，我國氫能產(chǎn)業(yè)喜迎歷史性發(fā)展機遇：國家“十五五”規(guī)劃《建議》明確提出前瞻布局未來產(chǎn)業(yè)，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(jīng)濟增長點！

經(jīng)過持續(xù)多年的產(chǎn)業(yè)培育，氫能制取、儲運、應(yīng)用全鏈條關(guān)鍵技術(shù)取得突破，氫燃料電池汽車示范規(guī)模突破2萬輛，氫能產(chǎn)業(yè)進(jìn)入規(guī)?；l(fā)展關(guān)鍵期。

如今，越來越多的氫燃料電池發(fā)動機裝車應(yīng)用，助力打造現(xiàn)代化“零碳交通”。在氫燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)中，有一個零部件發(fā)揮著重要作用——氫氣引射循環(huán)系統(tǒng)。什么是氫氣引射循環(huán)，為什么要進(jìn)行氫氣引射循環(huán)，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(jié)合發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)電裝置。電堆內(nèi)的質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）在運行時，供氫不足會對質(zhì)子交換膜（PEM）造成不可逆的損壞。

一般情況下，氫氣供應(yīng)量＞理論消耗量，以保證穩(wěn)定功率輸出，減少反應(yīng)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(huán)技術(shù)，將多余的氫氣進(jìn)行回收再利用。

例如，在結(jié)構(gòu)緊湊的氫能無人機上安裝氫氣引射器，可以進(jìn)一步延長無人機的巡航能力。

目前，業(yè)界針對氫燃料電池系統(tǒng)中的氫氣回收再利用有“循環(huán)泵”和“引射器”兩種技術(shù)方式。

相較于傳統(tǒng)循環(huán)泵技術(shù)存在“體積大、噪音大、功耗高”的缺點，氫氣引射循環(huán)技術(shù)是通過高速噴射的工作流體造成壓差來實現(xiàn)氫氣循環(huán)，具有“結(jié)構(gòu)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(yōu)勢，也順應(yīng)了燃料電池電堆“高性能、輕量化、長壽命”的發(fā)展趨勢，廣泛應(yīng)用于PEMFC發(fā)動機系統(tǒng)的氫氣引射循環(huán)系統(tǒng)，

氫氣引射循環(huán)技術(shù)融入了計算流體力學(xué)、流場分析、材料結(jié)構(gòu)優(yōu)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(biāo)是“引射比”。

引射比可以用公式表明：

ms 表示二次質(zhì)量流量，g/s； mp表示一次質(zhì)量流量，g/s

在現(xiàn)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(xiàn)在引射器的結(jié)構(gòu)設(shè)計上。

有學(xué)者研究表明，通過優(yōu)化引射器整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，在二次流壓力穩(wěn)定的條件下，氫氣利用率可以達(dá)到95%，提升30%的運行性能。

針對大功率氫燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)工況特性，海億新能自主開發(fā)了HYBO2系列燃料電池氫氣引射循環(huán)系統(tǒng)，采用引射器與氣水分離器全集成一體化的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計，縮短了氣體流道距離，減少體積空間，進(jìn)氫自加熱、出氫壓力穩(wěn)定，80%~90%高分水效率，滿足大引射的要求。并可以根據(jù)用戶提供的功率需求進(jìn)行定制尺寸開發(fā)，實現(xiàn)不同工況下性能表現(xiàn)。