燃料电池工作过程中,为保证电极阳极侧氢气能够在活性面积区域均匀的扩散,气体必须要过量供应,而过量的氢气反应后不能直接排放以免造成浪费,因此必须有循环装置将过量的氢气由出口在循环至入口处。
常见的循环装置主要分为主动形式的氢气循环泵和被动形式的氢气引射器,相比氢气循环泵,氢气引射器无移动部件、结构简单、运行可靠,而且无寄生功率,是实现燃料电池氢气循环利用的理想装置。
由伯努利定律可知在高速流动的流体附近会产生低压,从而产生吸附作用。利用这种效应可以制作出文氏管,如下图所示,A口连接氢源处,1处高压氢气由喷嘴2以较高的速度喷出,在3处形腔产生低压将电堆出口B处过量的氢气在此吸入,蕞后混合A处进入的氢气由C口喷出进入电堆入口。
一般流速较高的区域产生低压,将高压区的氢气吸入,图中清楚的表示了引射器中各个位置氢气流速和压力的对应关系。
引射器蕞大优势在于节省能耗,由于没有复杂的运动件,更加简单可靠,并且它的体积能做到氢气循环泵的三分之一,实际成本还不到氢气循环泵一半。
但引射器也有明显的缺陷,由于引射器是被动吸气循环,很难覆盖燃料电池全部工况需求,一般非可调氢气引射器只针对燃料电池发动机的额定工作点设计。这会造成引射器在低功率负载下引射效果不佳,为弥补这一缺陷,从而覆盖燃料电池发动机的全部工作区间,国内外都在探索采用增加引射器移动部件或采用引射器与循环泵并联的方法实现上述设计目标。