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機械工業雜誌
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離心式空壓機葉輪理論分析與應用於氫能燃料電池之案例
作者
曾永瀧、陳柏志、陳孟群
刊登日期:2025/06/01
摘要
本文主要介紹離心式空壓機葉輪與理論分析,以及闡述氫能燃料電池空壓機發展潛力與國內外產業現況,並針對離心式空壓機葉輪應用於氫能燃料電池之案例做說明,包含葉輪、擴散器、渦殼結構介紹、參數設計,以確保符合應用需求,目標為達到空氣質量流量>150 g/s,壓縮比>2.5,以提升氫能燃料電池的效率與穩定性,為未來氫能應用奠定更堅實的基礎。
Abstract
This article mainly introduces the impeller and theoretical analysis of centrifugal air compressors, and explains the development potential of fuel cell air compressors and the current status of domestic and foreign industries. It also explains the case of centrifugal air compressor impellers applied to hydrogen fuel cells, including an introduction to the impeller, diffuser, and volute structure and parameter design to ensure that it meets application requirements. The goal is to achieve an air mass flow rate of >150 g/s and a compression ratio of >2.5 to improve the efficiency and stability of the fuel cell and lay a more solid foundation for future hydrogen energy applications.
前言
離心式空壓機主要由葉輪(impeller)、擴散器(diffuser)、轉軸(shaft)、渦殼(volute)及驅動器(driver)等部件組成。其中,葉輪和轉軸為主要的動件,葉輪是其核心部件,葉輪高速旋轉將空氣從葉輪的中心(入口)吸入,經過葉片引導並將氣體加速,使其獲得較高的動能,而擴散器則將這些動能轉換為壓力能,以達到壓縮效果。渦殼的功能是收集和引導氣流,提高整體效率,如圖1。
離心式空壓機葉輪理論分析
圖2為離心式空壓機葉輪的設計草圖。在該設計中,入口葉片角度為軸向,這種設計有助於減少進氣流動的衝擊損失。此外,該葉輪設計採用了分流葉片(splitter blade),其主要作用是增加入口流通面積,減少氣流的動力損失。此設計能夠提高流體的流動效率,並有助於提升空壓機的整體性能。在葉輪出口部分,則採用徑向葉片(radial blade)設計,這樣能夠提供較高的壓縮比,並確保氣流穩定排出。
整體而言,離心式空壓機的葉輪設計對於其性能影響極大,透過適當的葉片角度與分流葉片的運用,可有效提升壓縮效率,降低流動損失,進而提升氫能燃料電池供氣系統的整體效能。未來的設計發展可進一步優化葉片形狀、材料選擇與製造技術,以提升效率並降低能耗,使其更適合氫能燃料電池應用。
1. 離心式空壓機葉輪主要參數
空壓機的主要功能是壓縮空氣達到高質量流量和高排放壓力。圖3所示為離心式空壓機葉輪結構模型,主要幾何參數如表1所示,包括葉輪吸入直徑、葉輪出口直徑、葉片角度、葉片數等。
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2025年06月號
(單篇費用:參考材化所定價)