CN108232233A - 燃料电池系统 - Google Patents
燃料电池系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108232233A CN108232233A CN201711338152.2A CN201711338152A CN108232233A CN 108232233 A CN108232233 A CN 108232233A CN 201711338152 A CN201711338152 A CN 201711338152A CN 108232233 A CN108232233 A CN 108232233A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- compressor
- turbine
- rotary shaft
- speed changer
- motor
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Granted
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 69
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 81
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 10
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 8
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 6
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
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
-
- 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
-
- 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
-
- 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
- F16H—GEARING
- F16H2200/00—Transmissions for multiple ratios
- F16H2200/20—Transmissions using gears with orbital motion
- F16H2200/2002—Transmissions using gears with orbital motion characterised by the number of sets of orbital gears
- F16H2200/2007—Transmissions using gears with orbital motion characterised by the number of sets of orbital gears with two sets of orbital gears
-
- 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
- F16H—GEARING
- F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
- F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
- F16H3/72—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously
- F16H3/724—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously using external powered electric machines
- F16H3/725—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously using external powered electric machines with means to change ratio in the mechanical gearing
-
- 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
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
本发明涉及燃料电池系统。燃料电池系统包括：燃料电池；压缩机；涡轮机；电动马达；第一变速器，该第一变速器被构造成改变压缩机和电动马达之间的传动比，该第一变速器被连接至压缩机旋转轴和马达旋转轴；以及第二变速器，该第二变速器被构造成改变涡轮机和电动马达之间的传动比，该第二变速器被连接至涡轮机旋转轴和马达旋转轴。第一变速器的传动比和第二变速器的传动比被设定成使得电动马达的转速低于压缩机的转速和涡轮机的转速，并且使得压缩机的转速高于涡轮机的转速。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统。
背景技术
日本未审专利申请公报第2008-210539号(JP 2008-210539A)公开了一种燃料电池系统，其包括由涡轮机驱动的压缩机。压缩机被设置在燃料电池的氢循环路径中，并且涡轮机被设置在燃料电池的空气路径的阴极排气路径中。压缩机和涡轮机通过涡轮机轴彼此连接。涡轮机由从燃料电池排出的排气驱动，通过涡轮机轴驱动压缩机，并且使氢循环。
发明内容
通常，涡轮机和压缩机的效率分别取决于其转速。另外，存在相对多的涡轮机的效率高的转速与压缩机的效率高的转速不同的情形。然而，在现有技术中，涡轮机和压缩机通过涡轮机轴彼此直接连接。因此，存在的问题在于涡轮机和压缩机的效率不能被充分地提高。
本发明的第一方面涉及一种燃料电池系统，其包括：燃料电池；压缩机，所述压缩机被构造成向燃料电池供给阴极气体，所述压缩机包括压缩机旋转轴；涡轮机，所述涡轮机被构造成由从燃料电池排出的阴极排气驱动，所述涡轮机包括涡轮机旋转轴；电动马达，所述电动马达包括马达旋转轴，并且所述电动马达被设置在压缩机和涡轮机之间；第一变速器，所述第一变速器被构造成改变压缩机和电动马达之间的传动比，所述第一变速器被连接至压缩机旋转轴和马达旋转轴；以及第二变速器，所述第二变速器被构造成改变涡轮机和电动马达之间的传动比，所述第二变速器被连接至涡轮机旋转轴和马达旋转轴。第一变速器的传动比和第二变速器的传动比被设定成使得电动马达的转速低于压缩机的转速和涡轮机的转速，并且使得压缩机的转速高于涡轮机的转速。根据本发明的第一方面，使用第一变速器和第二变速器，电动马达的转速被设定成低于压缩机的转速和涡轮机的转速，并且压缩机的转速被设定成高于涡轮机的转速。因此，能够充分地提高压缩机和涡轮机的效率。
本发明的第二方面涉及一种燃料电池系统，其包括：燃料电池；压缩机，所述压缩机被构造成向燃料电池供给阴极气体，所述压缩机包括压缩机旋转轴；涡轮机，所述涡轮机被构造成由从燃料电池排出的阴极排气驱动，所述涡轮机包括涡轮机旋转轴；电动马达，所述电动马达包括马达旋转轴，并且所述电动马达被设置在压缩机的与涡轮机相反的一侧上的位置处；第一变速器，所述第一变速器被构造成改变压缩机和电动马达之间的传动比，所述第一变速器被连接至压缩机旋转轴和马达旋转轴；以及第二变速器，所述第二变速器被构造成改变涡轮机和压缩机之间的传动比，所述第二变速器被连接至涡轮机旋转轴和压缩机旋转轴。第一变速器的传动比和第二变速器的传动比被设定成使得电动马达的转速低于压缩机的转速和涡轮机的转速，并且使得压缩机的转速高于涡轮机的转速。根据本发明的第二方面，使用第一变速器和第二变速器，电动马达的转速被设定成低于压缩机的转速和涡轮机的转速，并且压缩机的转速被设定成高于涡轮机的转速。因此，能够充分地提高压缩机和涡轮机的效率。
本发明的第三方面涉及一种燃料电池系统，其包括：燃料电池；压缩机，所述压缩机被构造成向燃料电池供给阴极气体，所述压缩机包括压缩机旋转轴；涡轮机，所述涡轮机被构造成由从燃料电池排出的阴极排气驱动，所述涡轮机包括涡轮机旋转轴；电动马达，所述电动马达包括马达旋转轴，并且所述电动马达被设置在涡轮机的与压缩机相反的一侧上的位置处；第一变速器，所述第一变速器被构造成改变压缩机和涡轮机之间的传动比，所述第一变速器被连接至压缩机旋转轴和涡轮机旋转轴；以及第二变速器，所述第二变速器被构造成改变电动马达和涡轮机之间的传动比，所述第二变速器被连接至马达旋转轴和涡轮机旋转轴。第一变速器的传动比和第二变速器的传动比被设定成使得电动马达的转速低于压缩机的转速和涡轮机的转速，并且使得压缩机的转速高于涡轮机的转速。根据本发明的第三方面，使用第一变速器和第二变速器，电动马达的转速被设定成低于压缩机的转速和涡轮机的转速，并且压缩机的转速被设定高于涡轮机的转速。因此，能够充分地提高压缩机和涡轮机的效率。
在根据本发明的第一至第三方面中的任一方面的燃料电池系统中，压缩机旋转轴、马达旋转轴和涡轮机旋转轴可以被布置在同一直线上。根据本发明的第一至第三方面，能够在压缩机、涡轮机和电动马达的旋转运行期间维持良好的平衡，并且能够更紧凑地组合这些装置。
除了上述构造之外，本发明还能够以各种形式实现。例如，本发明能够以用于燃料电池的压缩机单元等的形式实现。
附图说明
现在将在下文中参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中相同的附图标记指示相同的元件，并且其中：
图1是示意性地示出根据本发明的第一实施例的燃料电池系统的视图；
图2是示出根据第一实施例的压缩机单元的视图；
图3是示出涡轮机的效率与绝热速度比之间的关系的视图；
图4是示出根据第二实施例的压缩机单元的视图；并且
图5是示出根据第三实施例的压缩机单元的视图。
具体实施方式
第一实施例
图1是示意性地示出根据本发明的第一实施例的燃料电池系统700的视图。燃料电池系统700包括燃料电池600、FC冷却系统500、阳极气体供给系统200以及阴极气体供给-排出系统100。燃料电池600通过引起阳极气体和阴极气体彼此反应而发电。燃料电池系统700可以是作为车辆的动力源安装在车辆上的车载类型的，或者可以是固定类型的。
FC冷却系统500包括冷却剂供给管510、冷却剂排出管520、散热器530、旁通管540、三通阀545以及冷却剂泵570。冷却剂的示例包括不冻水，诸如水或者乙二醇和空气。冷却剂泵570被设置在冷却剂供给管510中，并且冷却剂被供给至燃料电池600。三通阀545是用于调节被供给至散热器530和旁通管540的冷却剂的流量的阀门。在散热器530中设置有散热器风扇535。
阳极气体供给系统200包括阳极气体罐210、阳极气体供给管220、阳极气体循环管230、主截止阀250、压力调节阀260、供给气体压力传感器270、阳极气体泵280、气液分离器290、排气排水阀295以及排气排水管240。阳极气体罐210例如储存高压氢气。阳极气体罐210通过阳极气体供给管220连接至燃料电池600。在阳极气体供给管220中，从阳极气体罐210侧按顺序设置主截止阀250、压力调节阀260以及供给气体压力传感器270。主截止阀250开始或者停止来自阳极气体罐210的阳极气体的供给。压力调节阀260调节被供给至燃料电池600的阳极气体的压力。供给气体压力传感器270测量被供给至燃料电池600的阳极气体的压力。
阳极气体循环管230被连接至燃料电池600和阳极气体供给管220，并且使从燃料电池600排出的阳极排气循环至阳极气体供给管220。在阳极气体循环管230中，设置气液分离器290和阳极气体泵280。气液分离器290将液体水从燃料电池600排出的包括液体水的阳极排气分离。另外，包括在阳极排气中的杂质气体(诸如氮气)也与液体水一起被分离。包括未使用的氢气的阳极排气由阳极气体泵280驱动，并且被循环至阳极气体供给管220。所分离的液体水和氮气穿过被连接至气液分离器290的排气排水阀295和排气排水管240，并且被排出至系统的外部。
阴极气体供给排出系统100包括阴极气体供给管101、102、旁通管103、阴极气体排出管104、105、空气净化器110、中间冷却器120、分流阀130、压力调节阀140、消音器150以及压缩机单元160。阴极气体供给排出系统100使用压缩机单元160将空气(阴极气体)吸入系统中，并且将空气供给至燃料电池600。然后，阴极气体供给排出系统100将未使用的空气(阴极排气)排出至系统的外部。
在第一阴极气体供给管101中，具有空气净化器110、大气压力传感器350、环境温度传感器360和空气流量计370。当阴极气体被吸入时，空气净化器110去除灰尘。大气压力传感器350测量大气压力。环境温度传感器360测量在吸入之前的阴极气体的温度。空气流量计370测量被吸入的阴极气体的量。在第二阴极气体供给管102中，设置中间冷却器120、分流阀130、供给气体温度传感器380以及供给气体压力传感器390。中间冷却器120冷却被供给至燃料电池600的阴极气体。供给气体温度传感器380测量被供给至燃料电池600的阴极气体的温度。供给气体压力传感器390测量被供给至燃料电池600的阴极气体的压力。分流阀130被连接至旁通管103，并且将阴极气体分流并且供给至燃料电池600和旁通管103。
在第一阴极气体排出管104中，设置压力调节阀140。旁通管103的下游部分被连接至设置在压力调节阀140的下游的第一阴极气体排出管104。压力调节阀140调节被供给至燃料电池600的阴极气体的压力。阳极气体供给系统200中的排气排水管240的下游部分被连接至第二阴极气体排出管105。消音器150被设置在第二阴极气体排出管105的出口处。消音管150降低阴极排气的排气声。
第一阴极气体供给管101和第二阴极气体供给管102被分别连接至压缩机单元160中的压缩机161的入口和出口。第一阴极气体排出管104和第二阴极气体排出管105被连接至压缩机单元160中的涡轮机165的入口和出口。
图2是示出压缩机单元160的视图。压缩机单元160包括压缩机161、涡轮机165、电动马达163、第一变速器162和第二变速器164。压缩机161包括压缩机旋转轴61，并且根据压缩机旋转轴61的旋转而压缩空气。作为压缩机161，例如，能够使用离心式压缩机、轴流压缩机、或者旋转压缩机。为了获得足够的压力，优选地使用离心式压缩机。压缩机161压缩从第一阴极气体供给管101供给的阴极气体，并且通过第二阴极气体供给管102将被压缩的阴极气体供给至燃料电池600(图1)。
涡轮机165是包括涡轮机旋转轴65并且由气体驱动而旋转的气体涡轮机。作为涡轮机165，例如，能够使用辐流式涡轮机。涡轮机165由阴极排气驱动而旋转，所述阴极排气通过第一阴极气体排出管104从燃料电池600排出。
电动马达163包括马达旋转轴63，并且被设置在压缩机161和涡轮机165之间。电动马达163包括：与马达旋转轴63一体地形成的转子31；定子33；以及轴承35。磁体32被设置在转子31的表面上。电磁线圈34被设置在定子33的内表面上。
第一变速器162被设置在压缩机161和电动马达163之间。在该实施例中，第一变速器162是行星齿轮变速器，并且包括中心太阳齿轮21、设置太阳齿轮21的周围的多个行星齿轮22、以及外部圆周齿环23。太阳齿轮21包括连接至压缩机161的压缩机旋转轴61的太阳齿轮旋转轴62S(第一旋转轴)。齿圈23包括被连接至电动马达163的马达旋转轴63的齿圈旋转轴62L。行星齿轮22被连接至行星架(未示出)并且被支撑。在该实施例中，在固定行星架使得太阳齿轮21和齿圈23单独旋转之后，第一变速器162改变压缩机161和电动马达163之间的传动比。此时，压缩机旋转轴61和马达旋转轴63在彼此相反的方向上单独旋转。
第二变速器164是具有与第一变速器162基本相同的构造的行星齿轮变速器，并且被设置在涡轮机165和电动马达163之间。第二变速器164包括太阳齿轮41、多个行星齿轮42和齿圈43。太阳齿轮41包括连接至涡轮机165的涡轮机旋转轴65的太阳齿轮旋转轴64S(第二旋转轴)。齿圈43包括连接至电动马达163的马达旋转轴63的齿圈旋转轴64L。如在第一变速器162的情形中，在固定行星架使得太阳齿轮41和齿圈43单独旋转之后，第二变速器164改变涡轮机165和电动马达163之间的传动比。此时，涡轮机旋转轴65和马达旋转轴63在彼此相反的方向上单独旋转。
第一变速器162的传动比和第二变速器164的传动比被设定成使得电动马达163的转速低于压缩机161的转速和涡轮机165的转速，并且使得压缩机161的转速高于涡轮机165的转速。其原因如下。第一变速器162的传动比和第二变速器164的传动比分别是固定值。变速器162、164的传动比中的任一个或者两者可以是可变的。
在电动马达163的马达旋转轴63在压缩机单元160的启动期间旋转的情形中，通过第一变速器162使压缩机旋转轴61旋转，并且压缩机161被驱动。在正常运行期间，电动马达163的转速被设定成低于压缩机161的转速。即，基于电动马达163侧设定的第一变速器162的传动比G1被设定成高于一。在压缩机161开始运行的情形中，从第一阴极气体供给管101供给的阴极气体被压缩并且被供给至燃料电池600。
在压缩机单元160的启动期间，电动马达163的马达旋转轴63旋转，通过第二变速器164使涡轮机旋转轴65旋转，并且涡轮机165对应地被驱动。在从燃料电池600排出的阴极排气通过第一阴极气体排出管104供给至涡轮机165的情形中，涡轮机165被阴极排气驱动。特别地，在燃料电池600被充分加热的情形中，阴极排气的温度非常高(例如，约100℃)。因此，使用阴极排气的热能驱动涡轮机165。在该状态下，涡轮机165起到帮助马达旋转轴63旋转的驱动源的作用。
在正常运行期间，电动马达163的转速被设定成低于涡轮机165的转速，并且压缩机161的转速被设定成高于涡轮机165的转速。即，基于电动马达163侧设定的第二变速器164的第二传动比G2被设定成高于一，并且低于第一变速器162的传动比G1。
这里，压缩机161压缩处于大气压力的阴极气体，而涡轮机165使被压缩的阴极排气膨胀。因此，涡轮机165中的气流比压缩机161中的气流慢。因此，涡轮机165的效率高的转速低于压缩机161的效率高的转速，并且涡轮机165和压缩机161的最大转速被设定成能够维持高效率。通常，电动马达163的最大转速低于压缩机161和涡轮机165的最大转速。因而，例如，能够使用具有150000rpm至250000rpm的最大转速的压缩机161、具有75000rpm至150000rpm的最大转速的涡轮机165、以及具有15000rpm至20000rpm的最大转速的电动马达163。
图3是示出涡轮机165的效率η和绝热速度比(U/C)之间的关系的曲线图。U表示涡轮机165的移动叶片的圆周速度[m/s]，并且C表示取决于绝热热降的速度[m/s]。在该示例中，在绝热速度比(U/C)达到约特定值X的情形中，涡轮机165的效率最高。涡轮机165的转速与绝热速度比成比例。在图3中，相反地，在涡轮机165以与压缩机161的转速相同的转速(以比绝热速度比(U/C)为X的转速的高的转速)旋转的情形中，效率显著降低。在该实施例中，使用第一变速器162和第二变速器164，电动马达163的转速被设定成低于压缩机161的转速和涡轮机165的转速，并且压缩机161的转速被设定成高于涡轮机165的转速。结果，电动马达163、压缩机161和涡轮机165的效率分别能够被充分地提高。
压缩机旋转轴61、马达旋转轴63和涡轮机旋转轴65被布置在同一直线上。通过该构造，能够在压缩机161、电动马达163和涡轮机165的旋转运行期间维持良好的平衡，并且能够充分地提高稳定性。通过将压缩机旋转轴61、马达旋转轴63和涡轮机旋转轴65布置在相同的直线上，能够紧凑地设计压缩机单元160。压缩机旋转轴61、马达旋转轴63和涡轮机旋转轴65不是必须被布置在相同的直线上。
被设置在压缩机旋转轴61、马达旋转轴63和涡轮机旋转轴65的中心处的马达旋转轴63在与压缩机旋转轴61和涡轮机旋转轴65的旋转方向相反的方向上旋转。因而，存在在压缩机旋转轴61、马达旋转轴63和涡轮机旋转轴65的旋转运行期间平衡特别良好的有利效果。
作为第一变速器162和第二变速器164，可代替行星齿轮变速器使用另一种变速器。可在第二变速器164和电动马达163之间设置离合器。利用该构造，能够通过在压缩机161开始运行时使涡轮机165及第二变速器与电动马达163分离而进一步降低电动马达163的功率消耗。
如上所述，在第一实施例中，第一变速器162的传动比和第二变速器164的传动比被设定成使得电动马达163的转速低于压缩机161的转速和涡轮机165的转速，并且使得压缩机161的转速高于涡轮机165的转速。结果，分别能够充分地提高电动马达163、压缩机161和涡轮机165的效率。
第二实施例
图4是示出根据第二实施例的压缩机单元160a的视图，该图对应于第一实施例的图2。第二实施例与图2中所示的第一实施例不同在于压缩机161、涡轮机165、电动马达163、第一变速器162和第二变速器164a被设置的位置，并且其它构造基本与第一实施例的构造相同。
在图4中，电动马达163被设置在压缩机161的与涡轮机165相反的一侧上的位置处。第二变速器164a被设置在压缩机161和涡轮机165之间。第二变速器164a的太阳齿轮旋转轴64S被连接至压缩机旋转轴61，并且第二变速器164a齿圈旋转轴64L被连接至涡轮机旋转轴65。第二变速器164a改变涡轮机165和压缩机161之间的传动比。在第二实施例中，第一变速器162的传动比和第二变速器164a的传动比也被设定成使得电动马达163的转速低于压缩机161的转速和涡轮机165的转速，并且使得压缩机161的转速高于涡轮机165的转速。利用该构造。电动马达163、压缩机161和涡轮机165的效率分别能够被充分地提高。
第三实施例
图5是示出根据第三实施例的压缩机单元160b的视图，该图对应于第一实施例的图2。第二实施例与图2中所示的第一实施例不同在于压缩机161、涡轮机165、电动马达163、第一变速器162b和第二变速器164被设置的位置，并且其它构造基本与第一实施例的构造相同。
在图5中，电动马达163被设置在位于涡轮机165的与压缩机161相反的一侧上的位置处。第一变速器162b被设置在压缩机161和涡轮机165之间。第一变速器162b的太阳齿轮旋转轴62S被连接至压缩机旋转轴61，并且第一变速器162b的齿圈旋转轴62L被连接至涡轮机旋转轴65。第一变速器162b改变涡轮机165和压缩机161之间的传动比。在第三实施例中，第一变速器162b的传动比和第二变速器164的传动比也被设定成使得电动马达163的转速低于压缩机161的转速及涡轮机165的转速，并且使得压缩机161的转速高于涡轮机165的转速。利用该构造，电动马达163、压缩机161和涡轮机165的效率分别能够被充分地提高。
本发明不限于上述实施例，并且能够在不偏离本发明范围的范围内实现各种构造。例如，为了解决上述问题中的一些或全部问题，或者为了实现上述效果中的一些或者全部效果，与在“发明内容”中所描述的相应方面中的技术特征对应的实施例中的技术特征能够被适当地替换或者彼此组合。此外，除非在本说明中被指定为不可或缺的特征，否则都能够适当地消除这些技术特征。
Claims (12)
1.一种燃料电池系统，其特征在于包括：
燃料电池；
压缩机，所述压缩机被构造成向所述燃料电池供给阴极气体，所述压缩机包括压缩机旋转轴；
涡轮机，所述涡轮机被构造成由从所述燃料电池排出的阴极排气驱动，所述涡轮机包括涡轮机旋转轴；
电动马达，所述电动马达包括马达旋转轴，并且所述电动马达被设置在所述压缩机和所述涡轮机之间；
第一变速器，所述第一变速器被构造成改变所述压缩机和所述电动马达之间的传动比，所述第一变速器被连接至所述压缩机旋转轴和所述马达旋转轴；以及
第二变速器，所述第二变速器被构造成改变所述涡轮机和所述电动马达之间的传动比，所述第二变速器被连接至所述涡轮机旋转轴和所述马达旋转轴，
其中，所述第一变速器的传动比和所述第二变速器的传动比被设定成使得所述电动马达的转速低于所述压缩机的转速和所述涡轮机的转速，并且使得所述压缩机的转速高于所述涡轮机的转速。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述第一变速器包括：
第一太阳齿轮，所述第一太阳齿轮包括第一太阳齿轮旋转轴，所述第一太阳齿轮旋转轴被连接至所述压缩机的所述压缩机旋转轴，
第一齿圈，所述第一齿圈包括第一齿圈旋转轴，所述第一齿圈旋转轴被连接至所述电动马达的所述马达旋转轴，以及
多个第一行星齿轮，所述多个第一行星齿轮被设置在所述第一太阳齿轮的周围并且在所述第一齿圈中，所述第一行星齿轮与所述第一太阳齿轮及所述第一齿圈接合。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述第二变速器包括：
第二太阳齿轮，所述第二太阳齿轮包括第二太阳齿轮旋转轴，所述第二太阳齿轮旋转轴被连接至所述涡轮机的所述涡轮机旋转轴，
第二齿圈，所述第二齿圈包括第二齿圈旋转轴，所述第二齿圈旋转轴被连接至所述电动马达的所述马达旋转轴，以及
多个第二行星齿轮，所述多个第二行星齿轮被设置在所述第二太阳齿轮的周围并且在所述第二齿圈中，所述第二行星齿轮与所述第二太阳齿轮及所述第二齿圈接合。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，所述压缩机旋转轴、所述马达旋转轴和所述涡轮机旋转轴被布置在同一直线上。
5.一种燃料电池系统，其特征在于包括：
燃料电池；
压缩机，所述压缩机被构造成向所述燃料电池供给阴极气体，所述压缩机包括压缩机旋转轴；
涡轮机，所述涡轮机被构造成由从所述燃料电池排出的阴极排气驱动，所述涡轮机包括涡轮机旋转轴；
电动马达，所述电动马达包括马达旋转轴，并且所述电动马达被设置在所述压缩机的与所述涡轮机相反的一侧上的位置处；
第一变速器，所述第一变速器被构造成改变所述压缩机和所述电动马达之间的传动比，所述第一变速器被连接至所述压缩机旋转轴和所述马达旋转轴；以及
第二变速器，所述第二变速器被构造成改变所述涡轮机和所述压缩机之间的传动比，所述第二变速器被连接至所述涡轮机旋转轴和所述压缩机旋转轴，
其中，所述第一变速器的传动比和所述第二变速器的传动比被设定成使得所述电动马达的转速低于所述压缩机的转速和所述涡轮机的转速，并且使得所述压缩机的转速高于所述涡轮机的转速。
6.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于，所述第一变速器包括：
第一太阳齿轮，所述第一太阳齿轮包括第一太阳齿轮旋转轴，所述第一太阳齿轮旋转轴被连接至所述压缩机的所述压缩机旋转轴，
第一齿圈，所述第一齿圈包括第一齿圈旋转轴，所述第一齿圈旋转轴被连接至所述电动马达的所述马达旋转轴，以及
多个第一行星齿轮，所述多个第一行星齿轮被设置在所述第一太阳齿轮的周围并且在所述第一齿圈中，所述第一行星齿轮与所述第一太阳齿轮及所述第一齿圈接合。
7.根据权利要求5或6所述的燃料电池系统，其特征在于，所述第二变速器包括：
第二太阳齿轮，所述第二太阳齿轮包括第二太阳齿轮旋转轴，所述第二太阳齿轮旋转轴被连接至所述压缩机的所述压缩机旋转轴，
第二齿圈，所述第二齿圈包括第二齿圈旋转轴，所述第二齿圈旋转轴被连接至所述涡轮机的所述涡轮机旋转轴，以及
多个第二行星齿轮，所述多个第二行星齿轮被设置在所述第二太阳齿轮的周围并且在所述第二齿圈中，所述第二行星齿轮与所述第二太阳齿轮及所述第二齿圈接合。
8.根据权利要求5至7中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，所述压缩机旋转轴、所述马达旋转轴和所述涡轮机旋转轴被布置在同一直线上。
9.一种燃料电池系统，其特征在于包括：
燃料电池；
压缩机，所述压缩机被构造成向所述燃料电池供给阴极气体，所述压缩机包括压缩机旋转轴；
涡轮机，所述涡轮机被构造成由从所述燃料电池排出的阴极排气驱动，所述涡轮机包括涡轮机旋转轴；
电动马达，所述电动马达包括马达旋转轴，并且所述电动马达被设置在所述涡轮机的与所述压缩机相反的一侧上的位置处；
第一变速器，所述第一变速器被构造成改变所述压缩机和所述涡轮机之间的传动比，所述第一变速器被连接至所述压缩机旋转轴和所述涡轮机旋转轴；以及
第二变速器，所述第二变速器被构造成改变所述电动马达和所述涡轮机之间的传动比，所述第二变速器被连接至所述马达旋转轴和所述涡轮机旋转轴，
其中，所述第一变速器的传动比和所述第二变速器的传动比被设定成使得所述电动马达的转速低于所述压缩机的转速和所述涡轮机的转速，并且使得所述压缩机的转速高于所述涡轮机的转速。
10.根据权利要求9所述的燃料电池系统，其特征在于，所述第一变速器包括：
第一太阳齿轮，所述第一太阳齿轮包括第一太阳齿轮旋转轴，所述第一太阳齿轮旋转轴被连接至所述压缩机的所述压缩机旋转轴，
第一齿圈，所述第一齿圈包括第一齿圈旋转轴，所述第一齿圈旋转轴被连接至所述涡轮机的所述涡轮机旋转轴，以及
多个第一行星齿轮，所述多个第一行星齿轮被设置在所述第一太阳齿轮的周围并且在所述第一齿圈中，所述第一行星齿轮与所述第一太阳齿轮及所述第一齿圈接合。
11.根据权利要求9或10所述的燃料电池系统，其特征在于，所述第二变速器包括：
第二太阳齿轮，所述第二太阳齿轮包括第二太阳齿轮旋转轴，所述第二太阳齿轮旋转轴被连接至所述涡轮机的所述涡轮机旋转轴，
第二齿圈，所述第二齿圈包括第二齿圈旋转轴，所述第二齿圈旋转轴被连接至所述电动马达的所述马达旋转轴，以及
多个第二行星齿轮，所述多个第二行星齿轮被设置在所述第二太阳齿轮的周围并且在所述第二齿圈中，所述第二行星齿轮与所述第二太阳齿轮及所述第二齿圈接合。
12.根据权利要求9至11中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，所述压缩机旋转轴、所述马达旋转轴和所述涡轮机旋转轴被布置在同一直线上。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016-244302 | 2016-12-16 | ||
| JP2016244302A JP6597586B2 (ja) | 2016-12-16 | 2016-12-16 | 燃料電池システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108232233A true CN108232233A (zh) | 2018-06-29 |
| CN108232233B CN108232233B (zh) | 2020-11-06 |
Family
ID=62562626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711338152.2A Expired - Fee Related CN108232233B (zh) | 2016-12-16 | 2017-12-14 | 燃料电池系统 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10581093B2 (zh) |
| JP (1) | JP6597586B2 (zh) |
| CN (1) | CN108232233B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110459788A (zh) * | 2019-08-26 | 2019-11-15 | 北京久安通氢能科技有限公司 | 一种燃料电池系统氢气回收装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109209983A (zh) * | 2018-11-16 | 2019-01-15 | 四川聚亿重工有限公司 | 透平压缩机的推力盘组件 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0676845A (ja) * | 1992-08-28 | 1994-03-18 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 燃料電池設備用タービン・コンプレッサ装置の制御方法 |
| JP2003500518A (ja) * | 1999-05-21 | 2003-01-07 | 株式会社荏原製作所 | ガス化発電システム |
| JP2003086224A (ja) * | 2001-09-10 | 2003-03-20 | Hitachi Ltd | 燃料電池及びその圧縮空気供給システム |
| JP2005135835A (ja) * | 2003-10-31 | 2005-05-26 | Toyota Motor Corp | 燃料電池とガスタービンの複合発電システム |
| JP2005259459A (ja) * | 2004-03-10 | 2005-09-22 | Fuji Heavy Ind Ltd | 燃料電池システム |
| CN102318117A (zh) * | 2009-02-19 | 2012-01-11 | 戴姆勒股份公司 | 包括至少一个燃料电池的燃料电池系统 |
| JP2013185547A (ja) * | 2012-03-09 | 2013-09-19 | Toyota Motor Corp | 電動式過給機 |
| CN104282926A (zh) * | 2013-07-11 | 2015-01-14 | 空中客车德国运营有限责任公司 | 燃料电池系统、用于操作燃料电池的方法和具有该燃料电池系统的车辆 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2796981B1 (fr) * | 1999-07-28 | 2001-09-07 | Renault | Module de generation d'electricite a pile a combustible et procede de regulation de pression de la pile a combustible |
| US6616424B2 (en) | 2000-08-25 | 2003-09-09 | General Motors Corporation | Drive system and method for the operation of a fuel cell system |
| JP2008210539A (ja) | 2007-02-23 | 2008-09-11 | Denso Corp | 燃料電池システム |
| JP2010020924A (ja) | 2008-07-08 | 2010-01-28 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| DE102010032249A1 (de) * | 2009-08-06 | 2011-02-10 | Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg | Turbolader einer Brennkraftmaschine |
| AU2012373722B2 (en) * | 2012-03-15 | 2016-03-17 | Cyclect Electrical Engineering | Organic Rankine Cycle system |
| EP3015676B1 (en) * | 2014-10-31 | 2018-04-04 | Iveco France S.A. | Vehicle provided with a turbo-compressor and method for controlling the turbo-compressor and the internal combustion engine of such a vehicle |
-
2016
- 2016-12-16 JP JP2016244302A patent/JP6597586B2/ja active Active
-
2017
- 2017-12-06 US US15/833,052 patent/US10581093B2/en active Active
- 2017-12-14 CN CN201711338152.2A patent/CN108232233B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0676845A (ja) * | 1992-08-28 | 1994-03-18 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 燃料電池設備用タービン・コンプレッサ装置の制御方法 |
| JP2003500518A (ja) * | 1999-05-21 | 2003-01-07 | 株式会社荏原製作所 | ガス化発電システム |
| JP2003086224A (ja) * | 2001-09-10 | 2003-03-20 | Hitachi Ltd | 燃料電池及びその圧縮空気供給システム |
| JP2005135835A (ja) * | 2003-10-31 | 2005-05-26 | Toyota Motor Corp | 燃料電池とガスタービンの複合発電システム |
| JP2005259459A (ja) * | 2004-03-10 | 2005-09-22 | Fuji Heavy Ind Ltd | 燃料電池システム |
| CN102318117A (zh) * | 2009-02-19 | 2012-01-11 | 戴姆勒股份公司 | 包括至少一个燃料电池的燃料电池系统 |
| JP2013185547A (ja) * | 2012-03-09 | 2013-09-19 | Toyota Motor Corp | 電動式過給機 |
| CN104282926A (zh) * | 2013-07-11 | 2015-01-14 | 空中客车德国运营有限责任公司 | 燃料电池系统、用于操作燃料电池的方法和具有该燃料电池系统的车辆 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110459788A (zh) * | 2019-08-26 | 2019-11-15 | 北京久安通氢能科技有限公司 | 一种燃料电池系统氢气回收装置 |
| CN110459788B (zh) * | 2019-08-26 | 2024-03-22 | 苏州久安通氢能源科技有限公司 | 一种燃料电池系统氢气回收装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US10581093B2 (en) | 2020-03-03 |
| CN108232233B (zh) | 2020-11-06 |
| US20180175411A1 (en) | 2018-06-21 |
| JP6597586B2 (ja) | 2019-10-30 |
| JP2018098125A (ja) | 2018-06-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11143204B2 (en) | Air compressor | |
| US9109464B2 (en) | Distributed lubrication system | |
| CN204610202U (zh) | 用于压缩空气的系统 | |
| JP5863320B2 (ja) | 遠心圧縮機 | |
| US8939732B2 (en) | Multi-stage compressor | |
| JP2006160257A (ja) | 機上不活性ガス発生装置 | |
| JP2012020728A (ja) | キャビン空気コンプレッサ装置およびその冷却方法 | |
| US10641124B2 (en) | Hybrid electric turbine engine | |
| KR20140090172A (ko) | 진공 청소기 | |
| WO2013130296A1 (en) | Gas turbine engine driving multiple fans | |
| US20070072021A1 (en) | Fuel-cell apparatus | |
| EP2679783A2 (en) | Spool for turbo machinery | |
| EP2604862A1 (en) | A compressor arrangement | |
| CN103052808A (zh) | 离心压缩机的涡旋构造 | |
| CN108232233A (zh) | 燃料电池系统 | |
| BRPI0924263B1 (pt) | Sistema de compressão de múltiplos estágios | |
| US11879392B2 (en) | Gas supply system | |
| CN108071490A (zh) | 用于涡轮发动机的冷却系统 | |
| KR20130024096A (ko) | 연료전지 차량용 공기 블로워 | |
| WO2015006009A1 (en) | Angled core engine | |
| JP2004360652A (ja) | ルーツ式圧縮機モジュール | |
| KR101964226B1 (ko) | 압축 시스템 | |
| KR101578027B1 (ko) | 압축 장치와, 이를 이용한 에너지 절감 시스템 | |
| US20230399976A1 (en) | Recirculation fan turbocharger assembly and fuel cell system | |
| US20240183308A1 (en) | Recirculation fan turbocharger assembly and fuel cell system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20201106 |