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燃料電池空壓機介紹

發布時間：

2022-05-31

燃料電池空壓機是車用燃料電池陰極供氣系統的重要部件，通過對進堆空氣進行增壓，可以提高燃料電池的功率密度和效率，減小燃料電池系統的尺寸，其性能直接影響燃料電池系統的效率、緊湊性和水平衡特性。

　　燃料電池空壓機由電機和膨脹機共同驅動。根據電堆的輸出功率，為燃料電池提供所需壓力和流量的干凈空氣。在空氣供應系統中，空氣的壓力和流量對燃料電池系統的性能(能量密度、系統效率、水平衡和熱損失)，成本和電堆的尺寸等有很大的影響。

　　高壓燃料電池系統不僅能提高電堆的效率和功率密度，同時還能夠改善系統的水平衡，如圖所示。

　　所以為實現較高的能量轉換效率，燃料電池內部的化學反應對空氣的溫度、濕度、壓力和流量等參數有著嚴格的要求。但目前廣泛應用的工業壓縮機無法滿足燃料電池對空氣的要求。

　　適用于燃料電池空壓機需要滿足以下要求：

　　(1)無油。潤滑油會使電堆發生中毒，因此空壓機需要采用水潤滑軸承或空氣軸承;

　　(2)高效。空壓機的寄生功率巨大，其效率直接影響著燃料電池系統的性能;

　　(3)小型化和低成本。燃料電池受其功率密度和成本的限制，小型化和低成本有助于燃料電池汽車的產業化;

　　(4)低噪聲。空壓機是燃料電池系統最大的噪聲源之一，空壓機的噪聲必須被控制;

　　(5)喘振線在小流量區。可以實現燃料電池在小流量高壓比工況下高效地運行;

　　(6) 良好的動態響應能力。當需求功率發生變化時，空氣流量和壓力需進行無延遲地進行調整，以跟蹤輸出功率的變化。

　　針對不同的燃料電池系統的性能需求，往往需要不同的空氣壓縮機與其匹配，常用的空壓機類型有渦旋式、螺桿式、離心式、羅茨式和滑片式空壓機等。

　　2.1 渦旋式燃料電池空壓機

　　無油潤滑雙渦圈渦旋式空壓機是適合用于燃料電池的空壓機結構形式，具有效率高、噪聲低、結構簡單、質量輕、可靠性高等特點。

　　2.2 螺桿式燃料電池壓縮機

　　螺桿式空壓機利用螺桿之間形成的空氣槽來壓縮空氣，結構簡單、高效、可靠、具有寬的流量范圍和良好的壓比 / 流量特性，是理想的燃料電池用空壓機。

　　2.3 離心式燃料電池空壓機

　　離心式空壓機屬于葉片式空壓機，具有結構緊湊、響應快、壽命長和效率高等特點。通過旋轉的葉輪對氣體作功，在葉輪和擴壓器的流道內，利用離心升壓和降速擴壓作用，將機械能轉換為氣體壓力能。

　　2.4 羅茨式燃料電池空壓機

　　羅茨式空壓機的工作轉速較低，可以不必使用結構復雜的空氣軸承，具有較寬的高效運行區，可以提高整個工況的燃料經濟性。羅茨式空壓機的技術已經相對成熟，在其他的領域已經得到充分利用，是優秀的燃料電池用空壓機。

　　2.5 螺旋式交叉滑片壓縮機

　　螺旋式交叉滑片結構是一種富有創造性的機械結構，屬于容積式機械。其工作原理如圖 7 所示，兩組呈 90°的滑片鏈相互嚙合形成壓縮空腔，并通過交叉旋轉來壓縮空氣。