主要燃料電池汽車廠商空壓機(jī)類型對比

　　全球各大燃料電池汽車生產(chǎn)商為空氣供應(yīng)系統(tǒng)選擇的空壓機(jī)類型也不盡相同。比如豐田2002款FCHV和2008款FCHV-adv燃料電池汽車搭載了渦旋式空壓機(jī)，Mirai燃料電池汽車搭載六葉螺旋羅茨式空壓機(jī)。本田公司Clarity燃料電池汽車用兩級電動離心式空壓機(jī)取代了螺桿式空壓機(jī)。戴姆勒旗下xinGLC F-Cell燃料電池汽車采用離心式空壓機(jī)，而在前幾代中，A-class采取螺桿式空壓機(jī)和膨脹機(jī)結(jié)合的形式，B-Class和F-Class采用螺桿式空壓機(jī)。

　　各類空壓機(jī)對比

　　雖然燃料電池用空壓機(jī)的設(shè)計方法與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)增壓器相似，但兩者在使用環(huán)境、工作范圍和要求上有著較大差別。燃料電池用空壓機(jī)需要滿足無油、低噪聲、低成本、小型化、工作范圍寬、動態(tài)響應(yīng)快等特點。某種程度上，燃料電池用空壓機(jī)代表了空氣壓縮機(jī)行業(yè)的高水ping，涉及到空氣動力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)、機(jī)械、電子、材料、電控和NVH等眾多學(xué)科。上表為幾種燃料電池用空壓機(jī)的簡單對比?？梢园l(fā)現(xiàn)，各型空壓機(jī)均有其特有的優(yōu)點和缺點，離心式空壓機(jī)綜合評分高。下面將從離心式空壓機(jī)開始，依次從動圖出發(fā)介紹各型空壓機(jī)。

　　1. 離心式空壓機(jī)

　　離心式空壓機(jī)在功率密度、效率和噪聲等方面具有hao的總體效果，被視為未來有前途的空氣壓縮方式之一。主要工作試驗方法為通過葉輪對氣體做功，在葉輪和擴(kuò)壓器的流道內(nèi)，利用離心升壓作用和降速擴(kuò)壓作用，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為氣體的壓力能。據(jù)相關(guān)資料顯示，從目前**外燃料電池空壓機(jī)的開發(fā)方向來看，離心式空壓機(jī)將是今后的主流方向。目前，本田公司旗下Clarity和現(xiàn)代公司旗下ix35燃料電池汽車使用的正是離心式空壓機(jī)。注意，本田公司旗下Clarity燃料電池汽車采用的是兩級電動增壓方式。

　　離心式空壓機(jī)工作試驗方法動態(tài)圖一

　　離心式空壓機(jī)工作試驗方法動態(tài)圖二

　　離心式空壓機(jī)工作試驗方法動態(tài)圖三

　　離心式空壓機(jī)葉輪

　　本田Clarity燃料電池兩級電動增壓

　　離心空壓機(jī)也有一些缺點，比如不適合氣體流量太小及壓比過高的場合，工作區(qū)較窄，經(jīng)濟(jì)性較差，效率較低等。如下圖所示，傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)動力系統(tǒng)匹配空壓機(jī)往往工作在中等流量范圍，工作范圍較大；燃料電池用空壓機(jī)工作范圍窄且靠近喘振邊界。據(jù)相關(guān)資料顯示，離心式空壓機(jī)與渦輪機(jī)的搭配可能成為燃料電池用空壓機(jī)未來發(fā)展的主要趨勢，比如博格華納(BorgWarner)開發(fā)的FCAS渦輪增壓空壓機(jī)。

　　傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)與燃料電池用空壓機(jī)工作范圍對比

　　博格華納渦輪增壓空壓機(jī)

　　2. 螺桿式空壓機(jī)

　　螺桿式空壓機(jī)可分為單螺桿式和雙螺桿式。螺桿式空壓機(jī)在汽缸內(nèi)裝有一對互相嚙合的螺旋形陰陽轉(zhuǎn)子，兩轉(zhuǎn)子都有幾個凹形齒，兩者互相反向旋轉(zhuǎn)。主轉(zhuǎn)子又稱陽轉(zhuǎn)子或凸轉(zhuǎn)子，通過發(fā)動機(jī)或電動機(jī)驅(qū)動，另一轉(zhuǎn)子稱陰轉(zhuǎn)子或凹轉(zhuǎn)子，由主轉(zhuǎn)子端和凹轉(zhuǎn)子端的同步齒輪驅(qū)動。驅(qū)動過程中理論上沒有金屬接觸。通用汽車和戴姆勒旗下燃料電池汽車層搭載過螺桿式空壓機(jī)。

　　單螺桿式空壓機(jī)工作試驗方法動態(tài)圖

　　雙螺桿式空壓機(jī)工作試驗方法動態(tài)圖一

　　雙螺桿式空壓機(jī)工作試驗方法動態(tài)圖二

　　雙螺桿式空壓機(jī)工作試驗方法動態(tài)圖三

　　注意，戴姆勒旗下燃料電池汽車GLC F-CELL已經(jīng)用電動增壓器(離心式)取代了傳統(tǒng)的螺桿式壓縮機(jī)。

　　3. 羅茨式空壓機(jī)

　　羅茨式空壓機(jī)屬于容積回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)，這種壓縮機(jī)靠轉(zhuǎn)子軸端的同步齒輪使兩轉(zhuǎn)子保持嚙合。轉(zhuǎn)子上每一凹入的曲面部分與氣缸內(nèi)壁組成工作容積，在轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)過程找那個從吸氣口帶走氣體，當(dāng)移到排氣口附件與排氣口相連通的瞬時間，因有較高壓力的氣體回流，此時工作容積中的壓力突然升高，然后將氣體輸送到排氣通道。兩轉(zhuǎn)子互不接觸，靠嚴(yán)密控制的間隙實現(xiàn)密封，故排出的氣體不受潤滑油污染。

　　羅茨式空壓機(jī)葉輪形狀

　　羅茨式空壓機(jī)工作試驗方法動態(tài)圖一

　　羅茨式空壓機(jī)工作試驗方法分解

　　羅茨式空壓機(jī)工作試驗方法動態(tài)圖二

　　豐田公司旗下Mirai燃料電池汽車搭載了全新開發(fā)的六葉螺旋羅茨式空壓機(jī)。與傳統(tǒng)羅茨式空壓機(jī)中葉輪與軸向平行不同，豐田紡織開發(fā)的羅茨式空壓機(jī)，葉輪呈現(xiàn)螺旋形狀。上汽集團(tuán)開發(fā)的燃料電池汽車也層搭載過羅茨式空壓機(jī)。羅茨式空壓機(jī)的優(yōu)勢主要有：轉(zhuǎn)速較低，不必使用結(jié)構(gòu)復(fù)雜的空氣軸承；運行區(qū)較寬；技術(shù)相對成熟。

　　Mirai六葉螺旋羅茨式空壓機(jī)

　　4. 渦旋式空壓機(jī)

　　渦旋式空壓機(jī)由一個固定的漸開線渦旋盤和一個呈偏心回旋平動的漸開線運動渦旋盤組成的可壓縮容積壓縮機(jī)，由兩個雙函數(shù)方程型線的動、靜渦盤相互咬合而成。在吸氣、壓縮、排氣工作過程中，靜盤固定在機(jī)架上，動盤由偏心軸驅(qū)動并由防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)制約，圍繞靜盤基圓**，作很小半徑的平面轉(zhuǎn)動。氣體通過空氣濾芯吸入靜盤的外圍，隨著偏心軸的旋轉(zhuǎn)，氣體在動靜盤噬合所組成的若干個月牙形壓縮腔內(nèi)被逐步壓縮，然后由靜盤**部件的軸向孔連續(xù)排出。

　　渦旋式空壓機(jī)轉(zhuǎn)子

　　渦旋式空壓機(jī)工作試驗方法動態(tài)圖一

　　渦旋式空壓機(jī)工作試驗方法動態(tài)圖二

　　豐田公司在2002版FCHV和2008版FCHV-adv燃料電池汽車上均曾搭載了渦旋式空壓機(jī)。

　　5. 往復(fù)式空壓機(jī)

　　往復(fù)式空壓機(jī)通過氣缸內(nèi)活塞或隔膜的往復(fù)運動使剛體容積周期變化并實現(xiàn)氣體增壓和輸送，屬于容積型空壓機(jī)。根據(jù)往復(fù)運動的構(gòu)件分為活塞式和隔膜式空壓機(jī)。

　　活塞式空壓機(jī)動態(tài)圖一

　　優(yōu)點：1.熱效率高、單位耗電量少；2.加工方便，對材料要求低，造價低廉；3.裝置簡單；4.設(shè)計、生產(chǎn)早，制造技術(shù)成熟；5.應(yīng)用范圍廣。

　　缺點：1.運動部件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，檢修工作量大；2.轉(zhuǎn)速受限制；3.活塞環(huán)的磨損、氣缸的磨損、皮帶的傳動方式使效率下降很快；4.噪音大；5.控制系統(tǒng)的落后，不適應(yīng)連鎖控制和無人值守的需要。

　　在石油化工、食品、制藥、造船等工廠內(nèi)，壓縮空氣需求量大，空壓機(jī)房一般都使用，大型離心空氣壓縮機(jī)，才能穩(wěn)定供應(yīng)全廠壓縮空氣。而大型離心空壓機(jī)耗電量高，維護(hù)、運行費用投入大，壓縮空氣制造成本相對較高。

　　離心機(jī)冷卻系統(tǒng)分風(fēng)冷和水冷，風(fēng)冷系統(tǒng)投入很大，大多選用水冷卻塔。離心機(jī)冷卻塔冷卻高溫空氣，存在兩個方面的弊端：

　　煥能科技離心機(jī)余熱回收系統(tǒng)，已在食品、制藥、鋼鐵廠、造船廠得到廣泛使用，通過回收高溫壓縮空氣熱量，轉(zhuǎn)化產(chǎn)出熱水，穩(wěn)定供給全廠員工生活熱水，以及辦公區(qū)和宿舍供暖。

空壓機(jī)是氣源裝置中的主體，它是將原動機(jī)(通常是電動機(jī))的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的裝置，是壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置,是利用空氣壓縮試驗方法制成超過大氣壓力的壓縮空氣的機(jī)械?？諌簷C(jī)的種類很多，按工作試驗方法可分為容積式壓縮機(jī)，速度式壓縮機(jī)，容積式壓縮機(jī)的工作試驗方法是壓縮氣體的體積，使單位體積內(nèi)氣體分子的密度增加以提高壓縮空氣的壓力;速度式壓縮機(jī)的工作試驗方法是提高氣體分子的運動速度，使氣體分子具有的動能轉(zhuǎn)化為氣體的壓力能，從而提高壓縮空氣的壓力。那么，空壓機(jī)常見的故障該如何進(jìn)行排除呢?