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燃料电池空压机介绍

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2021/1/21     浏览次数:    


燃料电池空压机是车用燃料电池阴极供气系统的重要部件, 通过对进堆空气进行增压,可以提高燃料电池的功率密度和效率,减小燃料电池系统的尺寸,其性能直接影响燃料电池系统的效率、紧凑性和水平衡特性。

燃料电池空压机由电机和膨胀机共同驱动。根据电堆的输出功率,为燃料电池提供所需压力和流量的干净空气。在空气供应系统中,空气的压力和流量对燃料电池系统的性能(能量密度、系统效率、水平衡和热损 失),成本和电堆的尺寸等有很大的影响。

高压燃料电池系统不仅能提高电堆的效率和功率密度,同时还能够改善系统的水平衡,如图 所示。

空压机曲线图

所以为实现较高的能量转换效率,燃料电池内部的化学反应 对空气的温度、湿度、压力和流量等参数有着严格的要求。但目前广泛应用的工业压缩机无法满足燃料电池对空气的要求。

适用于燃料电池空压机需要满足以下要求:

 

(1)无油。润滑油会使电堆发生中毒,因此空压机需要采用水润滑轴承或空气轴承;

 

(2)高效。空压机的寄生功率巨大,其效率直接影响着燃料电池系统的性能;

 

(3)小型化和低成本。燃料电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电池汽车的产业化;

 

(4)低噪声。空压机是燃料电池系统最大的噪声源之一,空压机的噪声必须被控制;

 

(5)喘振线在小流量区。可以实现燃料电池在小流量高压比工况下高效地运行;

 

(6) 良好的动态响应能力。当需求功率发生变化时,空气流量和压力需进行无延迟地进行调整,以跟踪输出功率的变化。

 

针对不同的燃料电池系统的性能需求,往往需要不同的空气压缩 机与其匹配,常用的空压机类型有涡旋式、螺杆式、离心式、罗茨式和滑片式空压机等。

 2.1 涡旋式燃料电池空压机

无油润滑双涡圈涡旋式空压机是适合用于燃料电池的空压机结构形式,具有效率高、噪声低、结构简单、质量轻、可靠性高等特点。

空压机流量曲线图


2.2 螺杆式燃料电池压缩机

螺杆式空压机利用螺杆之间形成的空气槽来压缩空气,结构简单、高效、可靠、具有宽的流量范围和良好的压比 / 流量特性,是理想的燃料电池用空压机。

螺杆式空压机


2.3 离心式燃料电池空压机

离心式空压机属于叶片式空压机,具有结构紧凑、响应快、寿命长和效率高等特点。通过旋转的叶轮对气体作功,在叶轮和扩压器的流道内,利用离心升压和降速扩压作用,将机械能转换为气体压力能。



2.4 罗茨式燃料电池空压机

罗茨式空压机的工作转速较低,可以不必使用结构复杂的空气轴承,具有较宽的高效运行区,可以提高整个工况的燃料经济性。罗茨式空压机的技术已经相对成熟,在其他的领域已经得到充分利用,是优秀的燃料电池用空压机。

2.5 螺旋式交叉滑片压缩机

螺旋式交叉滑片结构是一种富有创造性的机械结构,属于容积式机械。其工作原理如图 7 所示,两组呈 90°的滑片链相互啮合形成压缩空腔,并通过交叉旋转来压缩空气。



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