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电子游戏平台注册燃料电池车用空气压缩机发展

发布时间:2018-01-02 18:42 作者:凤凰 来源:未知 点击: 字号:

 

 

  电子游戏平台注册跟着能源匮乏和问题的日益凸显,燃料电池手艺越来越遭到人们的关心。

  空气压缩机是车用燃料电池阴极供气系统的主要部件, 通过对进堆空气进行增压,能够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。

  但空压机的寄生功耗很大, 约占燃料电池辅帮功耗的 80%,其机能间接影响燃料电池系统的效率、紧凑性和程度衡特征。因而,的燃料电池项目对空压机的研究都很是的注沉。

  典型的燃料电池空气供应系统由空气过滤器、空压机、电机、中冷器、增湿器和膨缩机等构成。此中,空压机由电机和膨缩机配合驱动。

  按照电堆的输出功率,为燃料电池供给所需压力和流量的清洁空气。正在空气供应系统中,空气的压力和流量对燃料电池系统的机能(能量密度、系统效率、程度衡和热损 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只能提高电堆的效率和功率密度,同时还可以或许改善系统的程度衡,如图 1 所示。

  为实现较高的能量转换效率,燃料电池内部的化学反映 对空气的温度、湿度、压力和流量等参数有着严酷的要求。但目前普遍使用的工业压缩机无法满脚燃料电池对空气的要求。

  因而设想一个机能优胜并能很好地取燃料电池系统进行婚配的压缩机,对于燃料电池的成长至关主要。

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

  (3)小型化和低成本。燃料电池受其功率密度和成本的,小型化和低成本有帮于燃料电池汽车的财产化;

  (4)低噪声。空压机是燃料电池系统zui大的噪声源之一,空压机的噪声必需被节制;

  (5)喘振线正在小流量区。能够实现燃料电池正在小流量高压比工况下高效地运转;

  (6)优良的动态响应能力。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,以输出功率的变化。

  正在车用燃料电池的成长过程中,针对空气压缩机的设想 和优化正在持续地进行着。本文连系国表里的研究,总结了几种典型燃料电池用压缩机的布局和机能特点,并阐发了空气压缩机的将来成长趋向。

  空压机是燃料电池系统空气供应系统的主要部件,针对 分歧的燃料电池系统的机能需求,往往需要分歧的空气压缩 机取其婚配,常用的空压机类型有滑片式、螺杆式、离心式、涡旋式和罗茨式空压机等。

  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布局形式,具无效率高、噪声低、布局简单、质量轻、靠得住性高档特点。

  目前已被日本丰田(Toyota)、美国 UTC 等多家公司使用于燃料电池上。 美国 DOE 和 Author D.Little 公司合做完成两代涡旋式空压机 / 膨缩机样机(CEM)的设想和制制。

  *代样机被用于 28 kW 燃料电池,能供给流量为 42 g/s,压力达到 2.2×105 Pa 的压缩空气。

  第二代样机正在此根本上提拔了空压机的转速和排量,能够满脚 50 kW 燃料电池的特征需求,其机能曲线 所示。

  Author D.Little 公司所设想的涡旋式空压机的压比 / 流量特征已满脚 DOE 的要求,其zui高压比达到 3.2。

  但正在流量百分比小于 80%的工况下,空压机耗功较大,是 DOE 方针功耗的 1.5~2 倍。同时空压机的尺寸和质量取 DOE 的要求相差很大, 仍需进一步优化。

  螺杆式空压机操纵螺杆之间构成的空气槽来压缩空气,布局简单、高效、靠得住、具有宽的流量范畴和优良的压比 / 流量特征,是抱负的燃料电池用空压机 。

  戴姆勒公司正在 Mercedes-Benz A 级燃料电池汽车(68.5 kW)上利用螺杆式空压机 / 膨缩机,其喷水螺杆式空压机可无效地降低压缩空气的温度,连结燃料电池的程度衡特征,使系统效率提高 4%。

  并取膨缩机共同工做,收受接管部门排气能量,削减空压机的寄生功耗 。但螺杆式空压机和膨缩机的噪声问题不容轻忽,为减小噪声而采纳的办法,进一步添加了系统的成 本、质量和复杂性。

  Mercedes-Benz B 级取 F 级燃料电池汽车则采用电机驱动的螺杆式空压机 ,能够无效地改善空气供应系统的压比 / 流量特征,使压比达到 2.9,满负荷功耗为 9.1 kW(80 kW FCS)。

  空压机的设想和选择应分析考虑系统的噪声、压比、流量、质量和效率等各方面要素,以使燃料电池系统的机能达到zui优。

  离心式空压机属于叶片式空压机,具有布局紧凑、响应快、寿命长和效率高档特点。通过扭转的叶轮对气体做功,正在叶轮和扩压器的流道内,操纵离心升压和降速扩压感化,将机械能转换为气体压力能。

  但离心式空压机正在低流量时会发生喘振现象,这将严沉影响系统的机能和空压机的利用寿命。

  同济大学目前正正在研发用于 65 kW 燃料电池系统的高速电机驱动的离心式空压机。

  通过对压缩机的蜗壳、叶轮和扩压器进行设想和优化,开辟了低流量系数后倾后弯离心式空压机。

  设想参数如下:zui大空气流量:80 g/s;压比:1.5~2.5;润滑: 水润滑体例;系统功耗:10 kW。图 4 为同济大学开辟的离心 式压缩机样机。

  其正在国内初次实现了离心式空压机正在 80 000 r/min 转速 下的不变运转,目前处于国内ling先地位。

  其空压机所采用的水润滑轴承,比拟较空气润滑体例,不需要空压机供给额外的高 压空气用于空气轴承,提高了压缩机的能力,但同时水润滑轴承需要添加额外的润滑水和驱动安拆,使得系统愈加复杂化。

  比拟较现有的工业离心式压缩机,同济大学所开辟的离心式空压机具有更窄的喘振鸿沟和更宽的不变运转范畴,正在小流量工况下,能够实现更大的压力升高率,有益于空压机正在低流量高压比工况下一般运转而不发生喘振。

  燃料电池系统的成本和靠得住性一曲限制着燃料电池汽车的推广,美国 DOE 为研制面向将来燃料电池系统的高机能空气压缩机,近几年取美国伊顿公司合做基于现有的 P 级和 R 级罗茨式压缩机研制了新型的空气供应系统。

  伊顿公司选用 P400 和 R340 TVS 系列罗茨式空压机做为原型机进行设想,并由电机和膨缩机结合驱动,通过调整其峰值效率点,使其合用于 80 kW 的燃料电池系统。图 6 为罗茨式压缩机。

  TVS 系列罗茨式空压机正在能力、功率密度以及经济性等方面具有较大的劣势。

  为了满脚燃料电池的特殊要求,伊顿公司对 TVS 系列罗茨式空压机的转子、外壳和进气口进行设想和改良。

  采用铝合金转子手艺,减小转子间隙,提高压缩机的效率;增大转子的螺旋角,提高压缩机的增压能力;同时从头设想了压缩机的进出口几何布局,使得系统变得愈加紧凑。

  改良后压缩机可认为系统供给压比 2.5,流量 92 g/s 的压缩空气。

  螺旋式交叉滑片布局(Toroidal Intersecting Vane Machine) 是一种富有创制性的机械布局,属于容积式机械。其工做道理如图 7 所示,两组呈 90的滑片链彼此啮合构成压缩空腔,并通过交叉扭转来压缩空气。

  目前只要美国 Mechanology LLC 公司开辟了用于燃料电池系统的螺旋式交叉滑片压缩机 。

  Mechanology 对 TIVM 的 副转子布局进行优化,消弭滑片间的功的传送,能够无效地减小滑片间的摩擦丧失。

  同时通过成立数学模子和理论计较对 啮合滑片概况布局进行zui优设想,减小因泄露形成的压力丧失,能够使得空压机出口的压力提高 6.7×104 Pa。

  DOE 针对 50 kW 车用燃料电池系统的要求对 TIVM 样机进行测试,测试成果显示 TIVM 样机具有潜正在的机能劣势, 能够正在 1 500 r/min 的低转速环境下实现小体积大流量 (压比 3.2,流量 72 g/s)。

  但样机仍存正在泄露丧失和进出口压力丧失较大等问题。 若要满脚燃料电池的功率需求,仍需要开展以下工做 : 正在不添加摩擦的环境下削减泄露;确定包罗正在高湿度的下的啮合滑片的摩擦系数;优化压缩机和膨缩机的进气、排气孔,确保较低的压力降丧失和功率丧失。

  因为空压机的布局和工做道理的分歧,空压机的机能劣势也不尽不异。其机能比力如表 1 所示。

  但涡旋式和螺杆式空压机的叶片间存正在彼此摩擦,噪声和质量较大,且难以取涡轮婚配工做,无法收受接管排气能量,目前只要通过涡轮取离心式压缩机婚配来实现。

  离心式压缩机正在密度、效率、噪声等方面具有较好的分析结果,被认为是zui有前途的空气增压体例之一。表 2 为目前所开辟的燃 料电池系统中所利用的空压机类型。

  从目前国表里的研究成长方历来看,离心式空气压缩机是此后zui支流的成长标的目的。

  同时跟着燃料电池系统对空气供应系统机能要求的提高,离心式空压机取涡轮机婚配工做势必将成为燃料电池用空压机将来成长的次要趋向。

  Wiartalla等人操纵模子对常用的空压机以及涡轮机进行仿实,成果表白正在燃料电池的废气端利用涡轮机后,正在进气压 力为 2.5×105Pa 时,电堆的质量减小 12%,系统效率提高约 2%,并跟着压力的添加而不竭提拔。

  美国 DOE 和 Honeywell合做开辟的 110 kr/min 高速离心式空压机,采用空气 轴承并通过取涡轮机和电机同轴毗连,能够将满负荷工况时的分析效率提高 5%。

  涡轮机能收受接管废气能量,提高系统效率,但往往也会陪伴 着系统成本和尺寸的添加。为达到车用要求,两个环节手艺被用于空压机和涡轮机。

  混流式空压机叶轮和可变涡轮进口导叶(VNT) 是改善空气供应系统的流量 / 压比特征和功率特征的无效体例,如图 8 所示。

  混流式叶轮的特点是正在扭转时, 既发生离心力又发生推力,高效区和不变工做范畴较宽,喘振线正在更小流量区域,能够无效地改善压缩机的低流量机能。

  涡轮机的可变进口导叶绕轴心扭转,通过改变叶片开度大小,影响导叶栅zui小畅通截面积的大小,同时进入涡轮的气体的角度和速度也会发生变化,从而改变涡轮机的转速以及压气机 出口端的增压压力。

  本文阐述了目前燃料电池用空压机的国表里研究现状, 别离引见了涡旋式、螺杆式、离心式、螺旋式交叉滑片和罗茨式压缩机,进行机能对比发觉离心式压缩机具有更大的机能劣势和成长前景。

  同时为面向将来的燃料电池成长,对涡轮增压器正在燃料电池中的使用以及两个提高机能的环节手艺进行了阐发,成果表白涡轮增压手艺是提高燃料电池系统效率和功率密度的无效方式。

  因而利用涡轮增压手艺收受接管燃料电池 尾气余压能量以及处理空气供应系统的成本、尺寸和噪声等问题将成为将来燃料电池研究的次要标的目的。

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