CH715035B1 - Vorrichtung mit einem Turbolader zur Aufladung einer Brennstoffzelle. - Google Patents

Vorrichtung mit einem Turbolader zur Aufladung einer Brennstoffzelle. Download PDF

Info

Publication number
CH715035B1
CH715035B1 CH00528/19A CH5282019A CH715035B1 CH 715035 B1 CH715035 B1 CH 715035B1 CH 00528/19 A CH00528/19 A CH 00528/19A CH 5282019 A CH5282019 A CH 5282019A CH 715035 B1 CH715035 B1 CH 715035B1
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
shaft
turbocharger
compressor
fuel cell
bearing
Prior art date
Application number
CH00528/19A
Other languages
English (en)
Other versions
CH715035A2 (de
Inventor
Haag Jan-Christoph
Aurahs Lutz
Heinz Christoph
Bartholomä Klaus
Original Assignee
Man Energy Solutions Se
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Man Energy Solutions Se filed Critical Man Energy Solutions Se
Publication of CH715035A2 publication Critical patent/CH715035A2/de
Publication of CH715035B1 publication Critical patent/CH715035B1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04111—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants using a compressor turbine assembly
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/04—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for axial load only
    • F16C17/042—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for axial load only with flexible leaves to create hydrodynamic wedge, e.g. axial foil bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
    • F04B35/006—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for driven by steam engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/16—Arrangement of bearings; Supporting or mounting bearings in casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/06—Arrangements of bearings; Lubricating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B25/00—Multi-stage pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
    • F04B35/04—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/10—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for both radial and axial load
    • F16C17/102—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for both radial and axial load with grooves in the bearing surface to generate hydrodynamic pressure
    • F16C17/107—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for both radial and axial load with grooves in the bearing surface to generate hydrodynamic pressure with at least one surface for radial load and at least one surface for axial load
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/10—Construction relative to lubrication
    • F16C33/1005—Construction relative to lubrication with gas, e.g. air, as lubricant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/22—Fuel cells in which the fuel is based on materials comprising carbon or oxygen or hydrogen and other elements; Fuel cells in which the fuel is based on materials comprising only elements other than carbon, oxygen or hydrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/23—Gas turbine engines
    • F16C2360/24—Turbochargers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/10—Batteries in stationary systems, e.g. emergency power source in plant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Luftversorgung einer Brennstoffzelle (10), vorzugsweise einer mit Wasserstoff betriebenen Brennstoffzelle (10), über einen Verdichter (21) eines Abgasturboladers (20), wobei der Verdichter (21) mit einer von einem Abgasstrom (A) der Brennstoffzelle antreibbaren Turbine (22) des Turboladers (20) antriebswirksam über eine Welle (23) verbunden ist und der Turbolader (20) ferner antriebswirksam mit einem Motor (40) über die Welle (23) verbunden ist, wobei die Lagerung der Welle des Turboladers (20) mittels einer gas- oder luftgeschmierten Lagerung ausgebildet ist.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Turbolader zur Aufladung einer Brennstoffzelle, insbesondere einer mit Wasserstoff betriebenen Brennstoffzelle.
[0002] Herkömmlicherweise werden Brennstoffzellen mit reinem Wasserstoff betrieben, der in der Brennstoffzelle zu Wasser reagiert und dabei Elektrizität freigesetzt wird. Üblicherweise wird der Wasserstoff dazu aus einem Druckbehälter entspannt und der Brennstoffzelle zugeführt. Die zur Verbrennung in der Brennstoffzelle notwendige Luft wird mittels eines elektrisch betriebenen Gebläses aus der Umgebung angesaugt und der Brennstoffzelle zugeführt.
[0003] Ein gattungsgemäßer Stand der Technik wird beispielsweise in der DE 101 20 947 A1 oder auch in der DE 10 2004 051 359 A1 beschrieben.
[0004] Im automotiven Umfeld sind Brennstoffzellen bekannt, die mittels Turbolader aufgeladen werden. Die Ansaugluft wird dabei vom Verdichter eines Turboladers angesaugt und das bei der Verbrennung entstehende Abgas treibt die Turbine des Turboladers an. Gegebenenfalls kann zusätzliche elektrische Energie durch einen Elektromotor auf die Welle des Turboladers eingespeist werden, um ein thermodynamisches Ungleichgewicht der beiden Komponenten auszugleichen.
[0005] In der Regel werden im Stand der Technik Turbolader verwendet, deren Lager vom Motorölkreislauf mit Schmieröl versorgt werden. Bereits geringe ÖlLeckagen der Lagerung führen dabei zu einer Verschmutzung der Brennstoffzelle und zu einer erhöhten Abgasemission.
[0006] Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, die genannten Nachteile zu vermeiden und einen Aufbau anzugeben, welcher hinsichtlich der Betriebssicherheit und Dichtigkeit verbessert ist.
[0007] Erfindungsgemäß wird dieser Aufbau durch die Vorrichtung mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst.
[0008] Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, einen Turbolader, insbesondere einen Abgasturbolader zur Luftversorgung einer Brennstoffzelle zu verwenden, wobei für die Schmierung der Lagerung des Turboladers ein Gas oder Luft verwendet wird. Vorzugsweise ist die Luft zur Schmierung nach dem Verdichter zu entnehmen. Alternativ kann auch Wasserstoff verwendet werden, welcher nachdem er die entsprechende Lagerung durchströmt hat, dem Verdichter am Eintritt wieder zugeführt wird.
[0009] Das Risiko einer Abgasverunreinigung ist damit eliminiert und, durch die geringeren Lagerverluste des Turboladers, dessen Effizienz erhöht.
[0010] Die Verwendung eines gasförmigen Schmierstoffs erfordert einen spezifischen Aufbau der Lagerung des Turboladers. Erfindungsgemäß wird hierzu eine Vorrichtung zur Luftversorgung einer mit Wasserstoff betriebenen Brennstoffzelle über einen Verdichter eines Abgasturboladers vorgeschlagen, wobei der Verdichter mit einer von einem Abgasstrom der Brennstoffzelle antreibbaren Turbine des Turboladers antriebswirksam über eine Welle verbunden ist und der Turbolader ferner antriebswirksam mit einem Motor über die Welle verbunden ist, wobei die Lagerung der Welle des Turboladers mittels einer gas- oder luftgeschmierten Lagerung ausgebildet ist.
[0011] In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Motor ein Elektromotor ist, der zwischen dem Verdichter und der Turbine angeordnet ist.
[0012] Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn der Stator des Motors mit seinen Statorwicklungen um die Welle des Turboladers herum angeordnet ist, wobei die Welle als ein Teil des Rotors des Motors ausgebildet ist.
[0013] Der Turbolader, bei dem die Welle mit großem Durchmesser ausgebildet ist, ist besonders vorteilhaft geeignet für die Verwendung eines zwischen den beiden Laufrädern angeordneten Motors, der weiter bevorzugt auch im Generatorbetrieb betrieben werden kann. Die Welle des Turboladers bildet dabei gleichzeitig den Rotor des Elektromotors, wodurch ein hoher Grad an Bauteilintegration und Kompaktheit erreicht wird. Im Falle einer Verwendung von Wasserstoff als Schmierstoff, kann selbiger gleich zur Kühlung der Motorwicklungen und damit zu dessen Effizienzsteigerung verwendet werden.
[0014] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass einerseits die Lagerung der Welle am Verdichter und bevorzugt auch die Lagerung der Welle an der Turbine mittels eines gas- oder luftgeschmierten Radiallagers ausgebildet sind.
[0015] Weiter vorteilhaft ist es, wenn die Welle an einem Axialschublager mittels einem von der Welle ausgebildeten oder an der Welle befestigten Schubring gelagert ist. Aufgrund der deutlich geringeren Viskosität des gasförmigen Schmierstoffs (im Vergleich zu Öl) wird der Lagerdurchmesser der Radiallager und auch der Außendurchmesser des Schublagers deutlich größer ausgebildet. Das Schublager hat dabei in etwa den gleichen Außendurchmesser wie das Verdichterrad. Der Radiallagerdurchmesser ergibt sich aus dem Schublagerdurchmesser und dessen Fläche, die benötigt wird, um den im Betrieb des Abgasturboladers auftretenden Axialschub auszugleichen bzw. aufnehmen zu können.
[0016] Es ist weiter von Vorteil, wenn das Axialschublager in Axialrichtung außermittig entweder auf der Verdichterseite oder der Turbinenseite auf der Welle angeordnet ist. Auf keinen Fall soll dieses in der Mitte oder in etwa der Mitte der Welle zwischen dem Verdichter und der Turbine positioniert werden, weil dadurch der Stator des Elektromotors geteilt werden müsste. Auf diese Weise kann die Welle in Axialrichtung einstückig bzw einteilig ausgebildet sein.
[0017] Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung einer wie zuvor beschriebenen Vorrichtung zur Bereitstellung von Luft für eine Brennstoffzelle, welche Teil eines Brennstoffzellensystems ist, über welches elektrische Antriebsleistung für einen Verbraucher, vorzugsweise im Leistungsbereich von > 100 kW bereitgestellt wird.
[0018] Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
[0019] Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung und Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Details des Abgasturboladers mit einem integrierten Elektromotor.
[0020] Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Figuren 1 und 2 näher beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche strukturelle und/oder funktionale Merkmale hinweisen.
[0021] In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Brennstoffzelle 10 sowie die Vorrichtung 1 zur Luftversorgung der mit Wasserstoff betriebenen Brennstoffzelle 10 gezeigt. Die Vorrichtung 1 verfügt über einen Verdichter 21 eines Turboladers 20. Der Verdichter 21 ist mit einer von einem Abgasstrom A der Brennstoffzelle 10 antreibbaren Turbine 22 des Turboladers 20 antriebswirksam verbunden. Der von der Brennstofftzelle 10 erzeugte Abgasstrom durchströmt dabei die Turbine 22 und treibt über die Welle 23 das Verdichterrad des Verdichters 21 an. Dabei wird die Zufuhrluft für die Brennstoffzelle 10 von dem Verdichter 21 verdichtet und über den Luftzufuhrkanal 24 der Brennstoffzelle 10 zugeführt.
[0022] In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist ein Elektromotor 40 vorgesehen, der den Verdichter 21 über eine Antriebswelle 23 antreiben kann. Hierzu ist das Verdichterrad des Verdichters 21 zusammen mit der Turbine 22 auf der gemeinsamen Welle 23 angeordnet. Der Elektromotor 40 ist dabei innerhalb des Turboladers 20 außermittig und zwar auf der Verdichterseite zwischen dem Verdichters 21 und der Turbine 22 angeordnet. Der Stator 44 des Motors 40 ist mit seinen Statorwicklungen 45 um die Welle 23 des Turboladers 20 herum angeordnet, wobei aus der Figur 2 ersichtlich ist, dass die Welle 23 selbst als ein Teil des Rotors des Motors 40 ausgebildet ist.
[0023] In der Detailansicht nach Figur 2 ist ein Detail der Lagerung gezeigt. Die Lagerung der Welle 23 des Turboladers 20 ist mittels einer gasgeschmierten Lagerung und zwar am Verdichter 21 und auch an der Turbine 22 mittels je eines gas- oder luftgeschmierten Radiallagers 25 bzw. 26 ausgebildet. Die Welle 23 ist an einem Axialschublager 30 mittels einem von der Welle 23 ausgebildeten Schubring 31 gelagert. Der Außendurchmesser des Axialschublagers 30 ist größer als der Außendurchmesser des Verdichters 21. Das Axialschublager 30 ist in Axialrichtung außermittig auf der einstückigen Welle 23 ausgebildet.
[0024] Wird Wasserstoff als Schmierstoff verwendet ist auf der Turbinenseite eine dichte Wellenabdichtung mittels Sperrluft-, Kolbenring-, Labyrinth- oder Membrandichtung vorzusehen. Auf der Verdichterseite kann hingegen auf eine Wellenabdichtung verzichtet werden, weil der Wasserstoff der Brennstoffzelle zur Verbrennung bestimmungsgemäß wieder zugeführt wird.
[0025] Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten im Rahmen der Ansprüche denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims (10)

1. Vorrichtung (1) zur Luftversorgung einer Brennstoffzelle (10), vorzugsweise einer mit Wasserstoff betriebenen Brennstoffzelle (10), über einen Verdichter (21) eines Abgasturboladers (20), wobei der Verdichter (21) mit einer von einem Abgasstrom (A) der Brennstoffzelle antreibbaren Turbine (22) des Turboladers (20) antriebswirksam über eine Welle (23) verbunden ist und der Turbolader (20) ferner antriebswirksam mit einem Motor (40) über die Welle (23) verbunden ist, wobei die Lagerung der Welle des Turboladers (20) mittels einer gas- oder luftgeschmierten Lagerung ausgebildet ist.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (40) ein Elektromotor ist, der zwischen dem Verdichter (21) und der Turbine (22) angeordnet ist.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (44) des Elektromotors (40) mit seinen Statorwicklungen (45) um die Welle (23) des Turboladers (20) herum angeordnet ist, wobei die Welle (23) als ein Teil des Rotors des Elektromotors (40) ausgebildet ist.
4. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung der Welle (23) am Verdichter (21) mittels eines gas- oder luftgeschmierten Radiallagers (25) ausgebildet ist.
5. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung der Welle (23) an der Turbine (22) mittels eines gas- oder luftgeschmierten Radiallagers (26) ausgebildet ist.
6. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (23) an einem Axialschublager (30) mittels einem von der Welle (23) ausgebildeten oder an der Welle (23) befestigten Schubring (31) gelagert ist.
7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schubring des Axialschublagers (30) einen Durchmesser aufweist, der gleich oder leicht größer ist als der Durchmesser des Verdichterrads des Verdichters (21).
8. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Axialschublager (30) in Axialrichtung außermittig entweder auf der Verdichterseite oder der Turbinenseite auf der Welle (23) angeordnet ist.
9. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (23) in Axialrichtung einstückig ausgebildet ist.
10. Verwendung einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, zur Bereitstellung von Luft für eine Brennstoffzelle (10), welche Teil eines Brennstoffzellensystems ist, über welches elektrische Antriebsleistung für einen Verbraucher, vorzugsweise im Leistungsbereich von > 100 kW bereitgestellt wird.
CH00528/19A 2018-05-24 2019-04-17 Vorrichtung mit einem Turbolader zur Aufladung einer Brennstoffzelle. CH715035B1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018112460.0A DE102018112460A1 (de) 2018-05-24 2018-05-24 Vorrichtung mit einem Turbolader zur Aufladung einer Brennstoffzelle

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CH715035A2 CH715035A2 (de) 2019-11-29
CH715035B1 true CH715035B1 (de) 2022-04-14

Family

ID=68499193

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH00528/19A CH715035B1 (de) 2018-05-24 2019-04-17 Vorrichtung mit einem Turbolader zur Aufladung einer Brennstoffzelle.

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20190360522A1 (de)
JP (1) JP2019203505A (de)
KR (1) KR20190134485A (de)
CN (1) CN110529204A (de)
CH (1) CH715035B1 (de)
DE (1) DE102018112460A1 (de)
RU (1) RU2019115945A (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021120471A1 (de) 2021-08-06 2023-02-09 MTU Aero Engines AG Verfahren zum Versorgen eines Luftlagers mittels eines Brennstoffzellen-Systems
CN113690465A (zh) * 2021-08-24 2021-11-23 北京理工大学 一种适用于氢燃料电池汽车的氢气再循环装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3740163A (en) * 1971-02-25 1973-06-19 Garrett Corp Fluid bearing inertial filter
DE3642121A1 (de) * 1986-12-10 1988-06-23 Mtu Muenchen Gmbh Antriebssystem
JP2006242008A (ja) * 2005-03-01 2006-09-14 Hitachi Ltd ターボチャージャー
DE102011087601A1 (de) * 2011-12-01 2013-06-06 Robert Bosch Gmbh Turboverdichter, Brennstoffzellensystem
DE102013021192A1 (de) * 2013-12-17 2014-07-31 Daimler Ag Strömungsmaschine, insbesondere zur Versorgung einer Brennstoffzelle mit verdichteter Luft

Also Published As

Publication number Publication date
RU2019115945A (ru) 2020-11-23
CN110529204A (zh) 2019-12-03
CH715035A2 (de) 2019-11-29
DE102018112460A1 (de) 2019-11-28
JP2019203505A (ja) 2019-11-28
KR20190134485A (ko) 2019-12-04
US20190360522A1 (en) 2019-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2600015B1 (de) Turboverdichter, Brennstoffzellensystem
DE112007001611T5 (de) Leistungsgeneratorsystem für Luftfahrzeuge unter Verwendung einer Kraftstoffzelle
CH715036B1 (de) Vorrichtung zur Luftversorgung einer Brennstoffzelle, vorzugsweise einer mit Wasserstoff betriebenen, Brennstoffzelle.
DE102012221298A1 (de) Ladeeinrichtung eines Antriebsaggregats
DE102012207728A1 (de) Hybridantriebsstrangsystem
DE102016015266A1 (de) Luftversorgungsvorrichtung und Brennstoffzellensystem
DE4339402A1 (de) Verfahren und Anlage zur Umwandlung und Speicherung von Windenergie
CH715035B1 (de) Vorrichtung mit einem Turbolader zur Aufladung einer Brennstoffzelle.
DE202014105279U1 (de) Zwillingsturbo-System mit elektrisch antreibbaren Verdichtern
CH715032B1 (de) Vorrichtung zur Luftversorgung einer Brennstoffzelle.
DE102012221303A1 (de) Antriebseinrichtung mit einer Brennstoffzelle und einem Abgasturbolader
DE102014221333B4 (de) Zwillingsturbo-System mit elektrisch antreibbaren Verdichtern
DE102019131787A1 (de) Turboladeranordnung
DE102005018770A1 (de) Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine
DE102010006018A1 (de) Aufladeeinrichtung zum Verdichten eines Mediums sowie Antriebsstrang für einen Kraftwagen mit einer solchen Aufladeeinrichtung
EP2393708B1 (de) Verbrennungskraftmaschinenanlage mit abgasenergierückgewinnung für schwimmende einrichtungen
DE102015210574A1 (de) Oxidationsmittelförderer zur Förderung eines Oxidationsmittels zu mindestens einer Brennstoffzelle sowie Brennstoffzellensystem
DE102020117321A1 (de) Abgasturbolader und Kraftfahrzeug
CH714943B1 (de) Vorrichtung zum Aufladen eines Verbrennungsmotors.
DE2410683A1 (de) Aufladeeinrichtung fuer einen verbrennungsmotor
DE102016123845A1 (de) System mit Verbrennungsmotor, Verdichter und Abgasturbine
DE102014221334A1 (de) Zwillingsturbo-System mit elektrisch antreibbaren Verdichtern
DE102016220849B4 (de) Turbolader für eine Antriebseinrichtung sowie Verfahren zum Betreiben eines Turboladers
DE102008006739A1 (de) Verdichtersystem für eine Brennstoffzellenanordnung, Brennstoffzellenanordnung und Verfahren zur Kontrolle
DE102021202889A1 (de) Gaszuführvorrichtung mit einer durch eine Gaslageranordnung gelagerten Welle