Performance Comparison of a PEMFC Hydrogen Recirculation Ejector Equipped with Single and Coaxial Nozzles

본 연구는 PEMFC(proton exchange membrane fuel cell) 시스템의 수소 재순환 성능 향상을 위해 단일 노즐(single nozzle) 이젝터의 저유량 구간에서 발생하는 역류(backflow) 현상과 제한적인 작동 범위를 개선하고자 동축 노즐(coaxial nozzle) 이젝터를 설계하여 비교 분석하였다. 수소 재순환율(entrainment ratio)을 성능 평가 지표로 선정하고, 20 ~ 110 LPM 유량 조건에서 수치 해석을 진행하였다. 해석 결과, 20 LPM 조건에서 동축 노즐은 역류를 방지해 재순환 성능을 향상시켰다. 반면, 40 ~ 110 LPM 조건에서는 내부 유동 특성 분석을 통해 와류 발생과 조기 충격파 발생이 엔탈피 손실을 야기하여 동축 노즐성능 저하의 주된 원인임을 확인하였다. 이를 통해 유량별 유동 특성과 에너지 손실 메커니즘을 규명해 시스템의 운전 영역별 최적 노즐 형상 선정 기준을 제시하였다.