三分钟看懂燃料电池(二) ——空气供应子系统

（以下内容从国金证券《三分钟看懂燃料电池(二) ——空气供应子系统》研报附件原文摘录）
　　三分钟看懂燃料电池（二） ——空气供应子系统 前言：国金燃料电池团队推出《三分钟看懂燃料电池》系列文章，详细的解读燃料电池各项技术的发展现状与未来趋势，希望读者可以建立起对燃料电池技术的系统性理解。 丰田的燃料电池系统 上一期我们简单介绍了燃料电池的工作原理并将燃料电池分为了五个子系统——氢气供应子系统、空气供应子系统、水热管理子系统、燃料电池电堆和控制子系统。想要回顾上一期的内容可以点击下方链接。 三分钟看懂燃料电池（一） ——氢气子系统 点击阅读 今天我们着重讲一下空气供应子系统。 一、空气供应子系统 空气供应系统的作用是为电堆提供合适状态的空气参与电化学反应，主要由空气滤清器、空压机、中冷器、增湿器、节气门等组成。 空气供应子系统结构 空气滤清器作为空气进入电堆的“守门人”，作用是除去空气中的粉尘，否则气体中的杂质一是会磨损空压机的泵头，二是会进入电堆损坏膜电极影响电堆的性能和寿命；空压机和节气门分别处于空气供应管路的前端和后端，两者共同动作调节空气入堆流量和压力；经过空压机压缩后空气温度大幅提高，超过电堆理想工作温度，中冷器可以降低压缩空气的温度；为了保证质子交换膜不出现“干膜”现象，增湿器可以增加入堆空气的湿度。 二、空气滤清器 提到空气滤清器，我们不得不提一下满满黑科技的丰田第二代Mirai。 丰田第二代Mirai 丰田第二代Mirai强化了空气净化系统，既可捕获粒径小至PM2.5水平的颗粒(物理过滤)，也可消除有害化学物质(化学过滤)，俨然一座移动的空气净化装置。此外，在车辆驾驶时，净化的空气量亦可实时显示在中央显示屏上。 显示在中控屏上的空气净化量 第二代Mirai采用的空气滤清器滤芯分为四层，一三层为隔离层，作用是阻挡大颗粒物质。第二层为铝蜂窝板，上面附有碱浸活性炭和锰氧化物可以吸附空气中的氮氧化物、硫氧化物和氨气（化学过滤）。第四层为树脂纤维，通过静电作用可以吸附空气中灰尘（物理过滤）。经过四层过滤空气中的PM2.5颗粒和有毒化学物质也得到净化，这也应了第二代Mirai的宣传语，”The more you drive, the more you clean air”。 Mirai空气滤清器的四层结构 三、空压机 不同的行驶工况需要电堆产生不同的电流，而调节电流的大小就需要控制进入电堆的空气和氢气，空压机就起到调节进入电堆空气量的作用。合适的空气量一是满足电流升高时电堆不出现瞬时“亏气“现象，二是可以顺利推出阴极内的液态水防止质子交换膜”水淹“。 按照机械结构不同空压机可以分为往复式、回转式、透平式和喷射式。目前，燃料电池用空压机主要有离心式、罗茨式、螺杆式三种。 空压机类型 01 离心式空压机 离心式空压机通过旋转叶轮对气体做功，将机械能转化为动能，加速后的空气再经过扩压管将动能转化为压力势能。离心式压缩机具有结构紧凑、响应快、寿命长和效率高的特点，但离心式空压机工作区域窄，在低流量高压时会发生喘振，喘振严重影响寿命。 离心式空压机 02 罗茨式空压机 罗茨式空压机的原理是利用两个转子在气缸内作相对运动将大容积内的气体压入小容积内，进而提高气体的压力。罗茨式空压机工作范围宽广，适应于全功率燃料电池发动机。但是罗茨式空压机高频噪音很大，每个工况点噪音频谱不同，需要针对性设计消音器。 罗茨式空压机 03 双螺杆式空压机 双螺杆式空压机通过在螺杆之间形成压缩腔，阴阳螺杆之间的容腔逐渐缩小，气体压力逐渐升高。双螺杆式空压机工作范围宽广，高压时功耗低，适应于全功率燃料电池发动机。但是双螺杆式空压机精度要求高，加工难度大。 双螺杆式空压机 四、中冷器 中冷器可以用来降低压缩后空气的温度，它是利用流经内部的冷却水和热空气的热交换来实现降温的，通过调节冷却水的流量可以控制入堆空气温度。中冷器里冷却水来自燃料电池冷却系统，流出中冷器的冷却水汇入冷却系统进行散热。 中冷器 五、增湿器 为了保证阴极不出现“干膜“现象，需要对入堆空气进行增湿处理。目前常用的增湿方法包括外増湿法、内増湿法和自增湿法三大类，每种方法方案很多且各有优缺点。考虑到可靠性和成本，目前在燃料电池系统中广泛应用的是基于膜增湿器的外增湿法。 关注新兴产业观察者，带你了解燃料电池 往期推荐 01 ● 未来“Mirai”已来 ？ 点击阅读 02 ● 【国金燃料电池】燃料电池行情能持续多久？ ？ 点击阅读 03 ● 【国金燃料电池】碳中和系列报告一之中外碳排放结构 ？ 点击阅读 04 ● 亿华通：政策延后影响前三季度业绩，看好Q4及2021年产销放量 ？ 点击阅读 >>>END<<<

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