CN1727654A - 涡轮发电机和具有该涡轮发电机的燃料电池系统 - Google Patents

涡轮发电机和具有该涡轮发电机的燃料电池系统 Download PDF

Info

Publication number
CN1727654A
CN1727654A CNA2005100846105A CN200510084610A CN1727654A CN 1727654 A CN1727654 A CN 1727654A CN A2005100846105 A CNA2005100846105 A CN A2005100846105A CN 200510084610 A CN200510084610 A CN 200510084610A CN 1727654 A CN1727654 A CN 1727654A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel cell
turbogenerator
shell
air
cell system
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
Application number
CNA2005100846105A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1727654B (zh
Inventor
田承培
金珍泰
许齐烈
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Han Hua compressor plant
Original Assignee
Samsung Techwin Co Ltd
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 Samsung Techwin Co Ltd filed Critical Samsung Techwin Co Ltd
Publication of CN1727654A publication Critical patent/CN1727654A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1727654B publication Critical patent/CN1727654B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H01M16/006—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/02—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
    • H02K9/04—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium
    • H02K9/06—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium with fans or impellers driven by the machine shaft
    • 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
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • 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
    • F01D3/00—Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid
    • 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
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/04—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor
    • F02C3/045—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor having compressor and turbine passages in a single rotor-module
    • F02C3/05—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor having compressor and turbine passages in a single rotor-module the compressor and the turbine being of the radial flow type
    • 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
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas- turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • 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
    • 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
    • F04B17/00—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/04—Units comprising pumps and their driving means the pump being fluid-driven
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • 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
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/02—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
    • 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

Abstract

提供一种涡轮发电机和具有该涡轮发电机的燃料电池系统。该涡轮发电机包括：外壳；在外壳的第一侧上与外壳的轴线同轴形成的空气入口；安装在外壳中的转子，定子绕组装置，叶轮和涡轮；及安装成穿过叶轮和涡轮并可转动地和整体地支承转子的连接轴。

Description

涡轮发电机和具有该涡轮发电机的燃料电池系统
相关专利申请的参照
本专利申请对于2004年7月30日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2004-0060280提出优先权要求，其公开在此通过引用整个合并进来。
技术领域
本发明涉及涡轮发电机和具有该发电机的燃料电池系统，尤其涉及涡轮发电机系统和具有该涡轮发电机系统的燃料电池，在该涡轮发电机中，在不需要辅助冷却系统的情况下，就可以冷却定子绕组装置和轴承装置。
背景技术
一般来说，涡轮发电机包括联接在同一轴线上的压缩机、燃气轮机和电动发电机。压缩机和电动发电机由燃气轮机经过燃烧气体供给动力，该燃烧气体通过将燃料和压缩空气一起燃烧获得。更为特殊的是，当在将燃料喷入燃烧室的同时将压缩空气供给到燃烧室时，发生燃烧，并且涡轮根据燃烧所产生的高温和高压气体转动。这样，通过压缩机的转动和与燃气轮机同轴安装的电动发电机获得压缩空气和电力。这种类型的涡轮发电机可以应用于小型发电机或与燃料电池相联接的燃料电池系统。
常规涡轮发电机具有几个缺陷，这些缺陷与电动发电机的冷却结构相关。由于电动发电机是被下述时候所产生的热量所加热的：气流经过定子绕组装置导入电动发电机；轴承转动；及来自与电动发电机相邻的燃气轮机和压缩机的热量，所以电动发电机需要冷却系统。在常规涡轮发电机中，由于通过将空气入口靠近电动发电机设置和通过形成冷却剂能够流过的辅助流动通道，使得外部空气能够冷却电动发电机的表面，所以可以获得期望的冷却水平。然而，这些冷却系统不仅使得所述装置的整体结构复杂，而且也导致冷却效率低下。
发明内容
本发明涉及一涡轮发电机，它在不需要辅助冷却系统的情况下，就可以有效地冷却。另外，本发明还涉及一涡轮发电机，它在压缩机的空气入口处使进入空气的损失最小。而且，本发明还提供包括该涡轮发电机的燃料电池系统。
根据本发明的一方面，提供一涡轮发电机，它包括：外壳；位于外壳第一侧上的空气入口，该空气入口与外壳的轴线同轴对齐；转子，定子绕组装置，叶轮，和安装在外壳中的涡轮；及连接轴，它通过叶轮和涡轮并可转动地和整体地支承转子。
根据本发明的另一方面，该燃料电池系统包括：外壳的涡轮发电机，在其一侧上与外壳的中心轴同轴形成的空气入口，起到电动发电机作用的转子和定子绕组装置，起到压缩机作用的叶轮，和起到燃气轮机作用的涡轮，及用于可转动地支承转子、定子绕组装置、叶轮和涡轮的连接轴，其中该连接轴由第一和第二轴承支承，该第一和第二轴承分别设置在与叶轮相间隔的连接轴的第一末端处和靠近叶轮的位置处，联接到该连接轴的第一端上的推力盘，以及分别设置在该推力盘前后的第一和第二止推轴承；燃料电池，压缩空气从压缩机供给到该燃料电池；用于通过燃烧燃料产生高温和高压燃烧气体的燃烧室，该燃料来自燃料供给器并在燃料电池中加热空气；蓄电池，用于通过电动发电机所产生的电流充电，或用于供给充入电动发电机的电流；启动信号施加装置，施加用于从蓄电池向电动发电机供给电流的启动信号；转换器装置，用于转换电流在蓄电池和电动发电机之间的方向；控制装置，用于对转换转换器装置的电流方向的操作进行控制；及传感器装置，用于通过探测涡轮发电机的工作状态将涡轮发电机的工作状态传递给控制装置。
附图说明
通过参照所附附图详细描述其示范性实施例，将使本发明的上述和其它特点及优点变得更加明确，其中：
附图1是说明常规涡轮发电机的剖视图；
附图2是说明本发明实施例所述涡轮发电机的剖视图；
附图3是在附图2的涡轮发电机纵向上的部分放大剖视图；
附图4是说明位于连接轴前部的推力盘和轴承的连接状态的放大剖视图；
附图5是说明推力盘和轴承的拆开状态的剖视图；及
附图6是燃料电池系统的流程图，该燃料电池系统具有本发明所述的涡轮发电机。
具体实施方式
现在将参照附图对本发明进行更加完全的描述，附图中示出了本发明的示范性实施例。
附图1是说明美国专利6,198,174中所公开的常规涡轮发电机的剖视图。
参照附图1，电动发电机的转子12、压缩机的叶轮13和燃气轮机的涡轮14同轴联接。转子12是永磁体，并且定子绕组装置22围绕转子12安装。当转子12转动时，定子绕组装置22可以产生感应电动势。压缩机的涡管15形成在叶轮13的外圆周上，并且通过空气入口20进入的空气在经过叶轮13压缩之后通过该涡管15排出。通过涡管15排出的压缩空气与将进行燃烧的燃料一起供给到燃烧室(未示出)。
燃气涡轮的涡轮涡管16形成在涡轮14的外圆周上。在燃烧室(未示出)中的燃料燃烧所产生的高温和高压燃烧气体进入该涡轮涡管16，并且涡轮14在燃烧气体的作用下转动。涡轮14的转动经过连接轴11使得叶轮13和转子12转动。在涡轮涡管16中膨胀的燃烧气体通过放气扩散管21排放。
在附图1所示的涡轮发电机中，靠近叶轮13安装在连接轴的中部的翼型轴承17和18，与安装在连接轴11另一末端上的另一翼型轴承19允许连接轴11转动。特别是，翼型轴承17起到止推轴承的作用。
如从附图1中看出的那样，空气入口20偏离压缩机的中央。因此，必须突然改变空气流动通道，从而使来自空气入口20的空气进入到压缩机中。这导致了空气流在入口处的损耗。另一方面，由于止推轴承17设置在大约靠近叶轮13，所以突然改变了流入叶轮13的入口的空气方向，因而导致空气流在入口处的损耗增大。
附图2是说明本发明所述涡轮发电机的剖视图，并且附图3是在附图2的涡轮发电机长度方向的部分放大剖视图。
参照附图2，所示涡轮发电机包括：外壳41；空气入口50，它安装在外壳的第一侧上，与外壳41的轴线同轴；压缩机涡管35，它安装在外壳41的第二侧上，朝外壳41延伸；涡轮涡管36，它靠近压缩机涡管35安装；通过延伸经过外壳41、压缩机涡管35、涡轮涡管36、在外壳41中联接到连接轴31上的转子32、安装在连接轴31上与压缩机涡管35相对应的叶轮33、联接到连接轴31上与涡轮涡管36相对应的涡轮34，和安装在外壳41的内侧与转子32相对应的定子绕组装置42，连接轴31安装得能够转动。通常，转子32由永磁体组成，并与连接轴31整体形成。由于该转子32与连接轴31整体形成，所以在转动期间能够获得动态稳定性。
定子绕组装置42由缠绕导电线圈形成。由于当转子32在涡轮34的转动力的作用下在定子绕组装置42内部旋转时，电流流入导电线圈，所以定子绕组装置42能够起到发电机的作用。相反，当外部电流施加到定子绕组装置42上时，定子绕组装置42能够起到转动转子32的电机的作用。因此，通过在转子32的转动使叶轮33和涡轮34转动，就可以启动该涡轮发电机。
本发明的一个特征是空气入口50，该空气入口安装在外壳41的第一侧上，与外壳41同轴。在没有辅助冷却装置的情况下，通过空气入口50进入外壳41的空气能够冷却定子绕组装置42和轴承45至48所产生的热量。
由于外壳41的轴线与叶轮33的轴线对齐，所以进入外壳41的空气在流动通道不突然改变的情况下，就能够直接流到叶轮33，因而减小了进入空气流在空气入口50处的损耗。
参照附图3，涡轮发电机包括第一径向轴承48和第二径向轴承45，该第一径向轴承在连接轴31的第一末端部分可转动地支承连接轴31，该第二径向轴承在靠近叶轮33的位置处可转动地支承连接轴31。该第一轴承48和第二轴承45最好是翼型轴承。如附图3中所示，连接轴31与转子32基本整体形成。因此，连接轴31的两个末端的直径都小于连接轴31靠近转子32处的直径，并且连接轴31的直径朝转子32逐渐增大。因此，第一径向轴承48和第二径向轴承45与连接轴31的直径增大部分相对应设置，从而它们能够可转动地保持连接轴31。
同时，涡轮发电机包括连接到连接轴31的第一末端部分上的推力盘49，设置在该推力盘49前面的第一止推轴承46，和设置在该推力盘49后面的第二止推轴承47。通过将第一止推轴承46的外边缘固定到外壳41的内表面上，安装该第一止推轴承46。第二止推轴承47最好与第一径向轴承48整体形成。第二止推轴承47的外边缘也固定到外壳41的内表面上。第一径向轴承48和第二止推轴承47可以是翼型轴承。
推力盘49和第一止推轴承46和47靠近连接轴31的第一末端部分设置，这种构造也是本发明的一方面。也就是，推力盘49和第一止推轴承46和47设置在与叶轮33相分离的位置上。以这种方式，可以防止空气流的通道突然改变，并且从空气入口50进入的低温空气可以增大止推轴承46和47的冷却效率。
附图4是说明在连接轴的第一末端处的推力盘和轴承联接状态的放大剖视图，并且附图5是说明推力盘和轴承的拆开状态的剖视图。
参照附图4，推力盘49通过联接装置51连接到连接轴31的第一末端上。推力盘49能够保持轴向推力，该轴向推力经连接轴31通过第一止推轴承46和第二止推轴承47传递到两个相对方向上。通过参照附图5的剖视图，可以理解每个轴承和推力盘的单独结构。
现在将参照附图2描述涡轮发电机的操作。
参照附图2，外部空气能够通过安装在外壳41的第一侧上的空气入口50进入外壳41。此时，可以在空气入口50前面安装空气过滤器(未示出)，从而过滤空气。
进入外壳41的空气具有较低的温度。因此，空气能够冷却轴承46和47，同时朝安装在外壳41的侧面上与空气入口50相对的压缩机涡管35移动。也就是，进入外壳41的空气能够首先冷却第一止推轴承46、第二止推轴承47和第一径向轴承48，然后能够冷却靠近叶轮33安装的第二径向轴承45。
空气在由叶轮33压缩之后，以压缩状态进入压缩机涡管35。压缩空气可以通过连接到压缩机涡管35上的通道供给到其它外部部件。在美国专利6,198,174中所公开的涡轮发电机的情况下，在从燃气轮机排出的高温废气和由压缩机压缩的高压空气之间进行热量交换。在本发明中，压缩空气将用作使燃料电池工作的空气(未示出)，该燃料电池将在后面详细描述。
在用于热交换或在燃料电池中反应之后，压缩空气用于在燃烧室(未示出)中燃烧燃料，并且燃烧所得的高温和高压气体进入燃气轮机的涡轮涡管36。进入涡轮涡管36的燃烧气体转动涡轮34，并通过扩散管38排到外部。
附图6是具有本发明涡轮发电机的燃料电池系统的流程图。参照附图6，具有本发明所述涡轮发电机的该燃料电池系统包括：涡轮发电机61，它包括起到电动发电机作用的转子32和定子绕组装置42；起到压缩机作用的叶轮；和起到燃气轮机作用的涡轮34，所有这些都可转动地并且同轴地沿着连接轴31支承在形成有空气入口的外壳41中；空气过滤器69，设置用于向外壳41的空气入口供给经过过滤的空气；燃料电池62，来自压缩机的压缩空气供给到该燃料电池；燃烧室63，在燃料电池62中加热的空气供给到该燃烧室；燃料供应器64，它将燃料供给到燃烧室63，以将高压和高温气体排入燃气轮机中；蓄电池74，用于通过由电动发电机所产生的电流充电，或供应充入电动发电机的电流；施加启动信号的启动信号施加装置73，该启动信号用于从蓄电池74向电动发电机供给电流；转换器装置72，它用于转换蓄电池74和电动发电机之间的电流方向；控制装置75，它用于控制转换转换器装置72的电流方向的操作；及传感器76，它用于通过探测涡轮发电机61的工作状态，将涡轮发电机61的工作状态传递给控制装置75。
按照顺序，由空气过滤器69过滤的空气通过外壳41供给到压缩机，在燃料电池62中加热，在燃烧室63中与燃料一起燃烧，供给到燃气轮机，并在转动涡轮34后排放到外部。
正如本领域中众所周知的那样，燃料电池62是用甲醇作为燃料同时获得热量和电力的装置，或通过氧和氢之间的化学反应获得电力的装置。这是因为燃料电池中的氧化还原反应是放热反应，该放热反应所产生的热量能够加热来自压缩机的压缩空气。作为该过程的结果，压缩空气作为高温和高压工作流体排放。然而，尽管从燃料电池63排放的工作流体处于高温和高压状态，该工作流体的状态也不足以驱动燃气轮机34。因此，通过燃烧来自燃料供应器64的燃料，工作流体的高温和高压在燃烧室63中进一步增强。
通过在燃烧室63中燃烧燃料所产生的燃烧气体进入燃气轮机，并转动涡轮34。涡轮34的转动经过连接轴31使得叶轮33和电动发电机的转子32转动，然后，电动发电机就产生电。根据转换器装置72的操作，可以在向蓄电池74充电的方向上施加电流。
如附图6中所示，附图标记65表示通过将压缩空气供给燃气轮机而用作冷却空气的部分。也就是，通过将在压缩机中经过叶轮33压缩的一部分空气供给燃气轮机，可以用于冷却燃气轮机所产生的热量。出于此目的，燃气轮机中可以包括用于循环冷却空气的空气循环装置，如空气套。
如上所述，在本发明所述燃料电池系统中，空气入口也设置在涡轮发电机61的外壳41的侧面上。因此，进入涡轮发电机61的压缩机中的空气通过外壳41供给。这允许有效地冷却包括在电动发电机中的定子绕组装置42和支承连接轴31的轴承。
如附图2中所示，在本发明所述燃料电池系统中，由于推力盘49、第一止推轴承46、第二止推轴承47靠近空气入口50设置，所以提高了对于它们的冷却效果，并且可以使从入口到具有叶轮33的压缩机的空气流损耗最小。
在不需要辅助冷却系统的情况下，本发明所述的涡轮发电机和具有该涡轮发电机的燃料电池系统能够有效地冷却电动发电机和止推轴承。同时，可以使进入压缩机的进入空气损耗最小。该系统的整体结构得到了简化，因而能够小型化和集成化。
尽管已经参照其实施例特别示出和描述了本发明，但是本领域普通技术人员将会理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上作出各种变化。
包括在此处所引用的公开、专利申请和专利在内的所有参考资料都通过引用合并进来，如同每个引用都单独和具体地说明通过引用合并进来并在此整体阐述。
在描述本发明的上下文中(尤其是在所附权利要求的上下文中)，除非在此另有指出或与上下文有明显矛盾之外，认为词语“a”、“an”和“the”以及类似对象涵盖单数和复数。除非另有指出，否则数值的引证范围仅倾向于起到单独引证落入该范围中的单个值的简化方法的作用，并且如同在此处单独引用的一样，每个单个数值都合并到说明书中。除非在此处另有指出或上下文有明显矛盾，此处所描述的所有方法均可以以任何合适顺序执行。此处所提供的任何及所有例子或示范性语言(例如“such as”)都只是倾向于更好地描述本发明，除非另有说明，否则不对本发明的范围进行限制。不应当将说明书中的任何语言理解为任何对实施本发明必不可少的非权利要求因素。
此处描述了本发明的优选实施例，包括发明人已知的用于实现本发明的最佳方式。应当理解，所说明的实施例只是示范性的，不应当将其看作对本发明的范围的限制。

Claims (20)

1.涡轮发电机，包括：
外壳；
定位在该外壳中并延伸穿过该外壳的连接轴；
该连接轴以机械方式与转子连通，并通过安装在外壳中的定子绕组装置、叶轮和涡轮；
位于外壳第一侧面上的空气入口，该空气入口与外壳的中心轴同轴对齐。
2.如权利要求1所述的涡轮发电机，其特征在于，还包括：
具有第一末端和第二末端的连接轴；
靠近第一末端定位的第一径向轴承；
靠近叶轮并远离第一末端的第二径向轴承；
连接到连接轴的第一末端上的推力盘，该推力盘具有第一侧和第二侧；及
分别相对于推力盘的第一侧和第二侧设置的第一止推轴承和第二止推轴承。
3.如权利要求1所述的涡轮发电机，其特征在于，从空气入口进入的空气直接接触定子绕组装置、第一和第二径向轴承、第一和第二止推轴承。
4.如权利要求1所述的涡轮发电机，其特征在于，转子为与连接轴整体形成的永磁体。
5.燃料电池系统，包括：
涡轮发电机，该涡轮发电机包括外壳、位于外壳的侧面上的空气入口、起到电动发电机作用的转子和定子绕组装置、起到压缩机作用的叶轮、起到燃气轮机作用的涡轮、连接轴，该空气入口与外壳的中心轴同轴对齐，该连接轴用于可转动地支承转子、定子绕组装置、叶轮和涡轮，其特征在于，该连接轴分别由第一轴承和第二轴承、推力盘及第一和第二止推轴承支承，该第一轴承靠近连接轴的第一末端设置，该第二轴承靠近叶轮并远离第一末端设置，该推力盘联接到连接轴的第一末端上，该第一和第二止推轴承分别相对于推力盘的第一侧和第二侧设置；
燃料电池，来自压缩机的压缩空气供给到该燃料电池；
燃烧室，用于通过燃烧来自燃料供给器的燃料和燃料电池中的压缩空气，产生高温和高压燃烧气体；
蓄电池，用于实现接受电动发电机所产生的电流进行充电或者供给充入电动发电机的电流；
启动信号施加装置，施加从蓄电池向电动发电机供给电流的启动信号；
转换器装置，用于转换蓄电池和电动发电机之间的电流方向；
控制装置，用于控制转换器装置转换电流方向的操作；及
传感器装置，用于通过探测涡轮发电机的工作状态，将涡轮发电机的工作状态传递给控制装置。
6.如权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于，从空气入口进入的空气直接接触定子绕组装置、第一和第二径向轴承、第一和第二止推轴承。
7.如权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于，在压缩机中压缩的空气供给到燃气轮机。
8.如权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于，该燃气轮机包括空气循环装置。
9.如权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于，该空气循环装置为空气套。
10.燃料电池系统，包括：
具有压缩机的涡轮发电机；
燃料电池，来自压缩机的压缩空气供给到该燃料电池；
燃烧室，能够燃烧来自燃料供给器的燃料和燃料电池中的压缩空气；
蓄电池；
启动信号施加装置，施加从蓄电池向电动发电机供给电流的启动信号；
转换器装置，用于转换蓄电池和电动发电机之间的电流方向；
控制装置，用于控制转换器装置转换电流方向的操作；及
传感器装置，用于通过探测涡轮发电机的工作状态，将涡轮发电机的工作状态传递给控制装置。
11.如权利要求10所述的燃料电池系统，其特征在于，该蓄电池接受由电动发电机所产生电流的充电。
12.如权利要求10所述的燃料电池系统，其特征在于，该蓄电池供给充入电动发电机的电流。
13.如权利要求10所述的燃料电池系统，其特征在于：
该涡轮发电机包括外壳；及
从空气入口进入系统的空气直接接触定子绕组装置、第一和第二径向轴承、位于外壳中的第一和第二止推轴承。
14.如权利要求10所述的燃料电池系统，其特征在于，在压缩机中压缩的空气供给到燃气轮机。
15.如权利要求14所述的燃料电池系统，其特征在于，该燃气轮机包括空气循环装置。
16.如权利要求15所述的燃料电池系统，其特征在于，该空气循环装置为空气套。
17.涡轮发电机，包括：
外壳；
用于连接外壳中的转子、定子绕组装置、叶轮和涡轮的装置；
用于将空气导入外壳中从而直接冲击到定子上的装置。
18.如权利要求17所述的涡轮发电机，其特征在于，用于连接外壳中的转子、定子绕组装置、叶轮和涡轮的装置为连接轴。
19.如权利要求17所述的涡轮发电机，其特征在于，用于将空气导入外壳中的装置为空气入口。
20.如权利要求17所述的涡轮发电机，其特征在于，转子与用于连接外壳中的转子、定子绕组装置、叶轮和涡轮的装置整体形成。
CN2005100846105A 2004-07-30 2005-07-15 涡轮发电机和具有该涡轮发电机的燃料电池系统 Expired - Fee Related CN1727654B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040060280A KR101025773B1 (ko) 2004-07-30 2004-07-30 터보 제네레이터 장치 및, 그것을 구비한 연료 전지 시스템
KR10-2004-0060280 2004-07-30
KR1020040060280 2004-07-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1727654A true CN1727654A (zh) 2006-02-01
CN1727654B CN1727654B (zh) 2011-12-14

Family

ID=35732401

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2005100846105A Expired - Fee Related CN1727654B (zh) 2004-07-30 2005-07-15 涡轮发电机和具有该涡轮发电机的燃料电池系统

Country Status (4)

Country Link
US (2) US7723857B2 (zh)
JP (1) JP2006046337A (zh)
KR (1) KR101025773B1 (zh)
CN (1) CN1727654B (zh)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102434217A (zh) * 2011-11-01 2012-05-02 哈尔滨东安发动机（集团）有限公司 一体式悬臂转子结构
CN104564314A (zh) * 2014-01-01 2015-04-29 唐荣春 一种机械增压器与发电机一体化装置
WO2016101192A1 (zh) * 2014-12-24 2016-06-30 深圳智慧能源技术有限公司 减压膨胀透平发电机组
WO2018027896A1 (zh) * 2016-08-12 2018-02-15 深圳智慧能源技术有限公司 透平膨胀发电机
CN108643979A (zh) * 2018-04-10 2018-10-12 中国北方发动机研究所(天津) 一种超临界二氧化碳闭式循环涡轮压缩机
CN108691652A (zh) * 2017-03-31 2018-10-23 波音公司 发动机轴集成的电动机
CN108964305A (zh) * 2018-09-14 2018-12-07 青岛云深动力科技有限公司 电机及包括该电机的燃气轮机
CN109163014A (zh) * 2018-10-21 2019-01-08 至玥腾风科技投资集团有限公司 一种推力轴承、转子系统及燃气轮机发电机组
CN109184914A (zh) * 2018-10-21 2019-01-11 至玥腾风科技投资集团有限公司 一种转子系统及燃气轮机发电机组
CN109252960A (zh) * 2018-10-21 2019-01-22 至玥腾风科技投资集团有限公司 一种燃气轮机发电机组
CN109964007A (zh) * 2016-09-13 2019-07-02 德尔塔汽车运动公司 燃气涡轮发电机的改进或与之相关的改进
CN115559792A (zh) * 2022-10-09 2023-01-03 势加透博(成都)科技有限公司 超临界气体的发电装置

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008066102A (ja) 2006-09-07 2008-03-21 Yamaha Corp 燃料電池用空気供給装置
ES2397526T3 (es) * 2006-09-12 2013-03-07 Cryostar Sas Máquina de recuperación de energía
EP1995429B1 (de) * 2007-05-24 2011-02-09 Lindenmaier GmbH Turbolader
FR2934931B1 (fr) * 2008-08-10 2011-07-08 Renault Sas Refroidissement d'un systeme comprenant un generateur electrique et un moteur thermique
DE102008044876A1 (de) * 2008-08-29 2010-03-04 Daimler Ag Luftversorgungseinheit für eine Brennstoffzelle
KR101324226B1 (ko) * 2008-09-22 2013-11-20 삼성테크윈 주식회사 유체 과급 장치
KR101289800B1 (ko) * 2008-09-22 2013-07-26 삼성테크윈 주식회사 영구 자석 모터 및 이를 구비한 유체 과급 장치
KR101408341B1 (ko) * 2009-04-01 2014-06-18 삼성테크윈 주식회사 영구 자석 모터 및 이를 구비한 유체 과급 장치
US7818969B1 (en) * 2009-12-18 2010-10-26 Energyield, Llc Enhanced efficiency turbine
US8519581B2 (en) * 2010-06-08 2013-08-27 Remy Technologies, Llc Electric machine cooling system and method
US8269383B2 (en) * 2010-06-08 2012-09-18 Remy Technologies, Llc Electric machine cooling system and method
US8456046B2 (en) * 2010-06-08 2013-06-04 Remy Technologies, Llc Gravity fed oil cooling for an electric machine
JP5726095B2 (ja) * 2012-01-12 2015-05-27 三菱重工業株式会社 ハイブリッド排気タービン過給機
DE102014214040B4 (de) * 2014-07-18 2021-07-01 Eberspächer Climate Control Systems GmbH Gasverdichter, insbesondere zum Fördern von Anodenabgas oder/und Luft zu einem Reformer eines Brennstoffzellensystems
DE102015210574A1 (de) * 2015-06-09 2016-12-15 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Oxidationsmittelförderer zur Förderung eines Oxidationsmittels zu mindestens einer Brennstoffzelle sowie Brennstoffzellensystem
FR3045111B1 (fr) * 2015-12-14 2017-12-01 Labinal Power Systems Compresseur centrifuge electrique de turbomachine ou d'aeronef
DE112018000504T5 (de) * 2017-01-25 2019-11-21 Ihi Corporation Elektrischer Verdichter
US11927193B2 (en) * 2017-11-14 2024-03-12 Garrett Transportation I Inc Multi-stage compressor with turbine section for fuel cell system
CN110985211B (zh) * 2019-12-25 2024-03-08 至玥腾风科技集团有限公司 一种燃气轮机定心结构、加工方法、转子系统及发电机组
CN112377432A (zh) * 2020-10-27 2021-02-19 北京新能源汽车技术创新中心有限公司 一种循环泵、循环装置及燃料电池系统
CN112814935A (zh) * 2021-02-05 2021-05-18 陈亮 一种燃料电池用高速空气悬浮压缩机、燃料电池系统及车辆
JP2022157733A (ja) * 2021-03-31 2022-10-14 本田技研工業株式会社 複合動力システム
DE102021127333A1 (de) * 2021-10-21 2023-04-27 Ihi Charging Systems International Gmbh Aufladesystem einer Brennstoffzelle

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2508397A (en) * 1948-12-14 1950-05-23 Kane Saul Allan Cooling means for gas turbogenerators
DE3500069A1 (de) 1985-01-03 1986-08-14 Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart Aus einem luftfoerdergeblaese und einer lichtmaschine bestehendes aggregat fuer eine brennkraftmaschine
CN1006512B (zh) * 1985-07-10 1990-01-17 阿尔斯汤姆大西洋有限公司 涡轮发电机转子励磁绕组-端的护环下面的一种冷却气体分配装置
US5113670A (en) * 1990-08-03 1992-05-19 United Technologies Corporation Bearing cooling arrangement for air cycle machine
US5482791A (en) 1993-01-28 1996-01-09 Fuji Electric Co., Ltd. Fuel cell/gas turbine combined power generation system and method for operating the same
US5497615A (en) * 1994-03-21 1996-03-12 Noe; James C. Gas turbine generator set
US5789825A (en) * 1996-05-02 1998-08-04 Chrysler Corporation Compressor of turboalternator for hybrid motor vehicle
US5827040A (en) * 1996-06-14 1998-10-27 Capstone Turbine Corporation Hydrostatic augmentation of a compliant foil hydrodynamic fluid film thrust bearing
US6011331A (en) * 1997-04-22 2000-01-04 Emerson Electric Co. Electric motor having an improved airflow cooling system
US6784565B2 (en) * 1997-09-08 2004-08-31 Capstone Turbine Corporation Turbogenerator with electrical brake
US6487096B1 (en) * 1997-09-08 2002-11-26 Capstone Turbine Corporation Power controller
US5964663A (en) * 1997-09-19 1999-10-12 Capstone Turbine Corp. Double diaphragm compound shaft
AU1085499A (en) * 1997-10-14 1999-05-03 Capstone Turbine Corporation Vehicle powered by a fuel cell/gas turbine combination
TW390936B (en) 1997-12-20 2000-05-21 Allied Signal Inc Microturbine power generating system
US6023135A (en) * 1998-05-18 2000-02-08 Capstone Turbine Corporation Turbogenerator/motor control system
JPH11345623A (ja) * 1998-06-01 1999-12-14 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池装置
US5994804A (en) * 1998-12-07 1999-11-30 Sundstrand Corporation Air cooled dynamoelectric machine
US6916564B2 (en) 2000-05-31 2005-07-12 Nuvera Fuel Cells, Inc. High-efficiency fuel cell power system with power generating expander
US6657332B2 (en) * 2000-10-30 2003-12-02 Capstone Turbine Corporation Turbogenerator cooling system
JP2002147250A (ja) * 2000-11-10 2002-05-22 Kawasaki Heavy Ind Ltd 回転部一体型のガスタービン発電装置
US6571563B2 (en) * 2000-12-19 2003-06-03 Honeywell Power Systems, Inc. Gas turbine engine with offset shroud
JP2003120214A (ja) * 2001-10-05 2003-04-23 Kawasaki Heavy Ind Ltd ガスタービン装置
JP3901578B2 (ja) 2002-05-16 2007-04-04 本田技研工業株式会社 発電装置
JP4007062B2 (ja) * 2002-05-22 2007-11-14 株式会社日立製作所 ガスタービン及びガスタービン発電装置
KR20040009042A (ko) * 2002-07-22 2004-01-31 한국과학기술연구원 발전기와 일체로 된 터보과급기를 갖는 과급시스템
JP2004084878A (ja) * 2002-08-28 2004-03-18 Honda Motor Co Ltd フォイル軸受け

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102434217A (zh) * 2011-11-01 2012-05-02 哈尔滨东安发动机（集团）有限公司 一体式悬臂转子结构
CN104564314A (zh) * 2014-01-01 2015-04-29 唐荣春 一种机械增压器与发电机一体化装置
WO2016101192A1 (zh) * 2014-12-24 2016-06-30 深圳智慧能源技术有限公司 减压膨胀透平发电机组
WO2018027896A1 (zh) * 2016-08-12 2018-02-15 深圳智慧能源技术有限公司 透平膨胀发电机
US11125103B2 (en) 2016-09-13 2021-09-21 Delta Motorsport Limited Gas turbine generators
CN109964007B (zh) * 2016-09-13 2021-12-28 德尔塔汽车运动公司 燃气涡轮发电机的改进或与之相关的改进
CN109964007A (zh) * 2016-09-13 2019-07-02 德尔塔汽车运动公司 燃气涡轮发电机的改进或与之相关的改进
CN108691652A (zh) * 2017-03-31 2018-10-23 波音公司 发动机轴集成的电动机
CN108643979A (zh) * 2018-04-10 2018-10-12 中国北方发动机研究所(天津) 一种超临界二氧化碳闭式循环涡轮压缩机
CN108964305A (zh) * 2018-09-14 2018-12-07 青岛云深动力科技有限公司 电机及包括该电机的燃气轮机
CN108964305B (zh) * 2018-09-14 2023-12-05 潍坊云深机械科技有限公司 电机及包括该电机的燃气轮机
CN109184914A (zh) * 2018-10-21 2019-01-11 至玥腾风科技投资集团有限公司 一种转子系统及燃气轮机发电机组
WO2020082960A1 (zh) * 2018-10-21 2020-04-30 至玥腾风科技集团有限公司 一种燃气轮机发电机组
WO2020082963A1 (zh) * 2018-10-21 2020-04-30 至玥腾风科技集团有限公司 一种转子系统及燃气轮机发电机组
CN109252960A (zh) * 2018-10-21 2019-01-22 至玥腾风科技投资集团有限公司 一种燃气轮机发电机组
CN109163014A (zh) * 2018-10-21 2019-01-08 至玥腾风科技投资集团有限公司 一种推力轴承、转子系统及燃气轮机发电机组
CN115559792A (zh) * 2022-10-09 2023-01-03 势加透博(成都)科技有限公司 超临界气体的发电装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20060011434A (ko) 2006-02-03
CN1727654B (zh) 2011-12-14
US20060024178A1 (en) 2006-02-02
KR101025773B1 (ko) 2011-04-04
JP2006046337A (ja) 2006-02-16
US20100201126A1 (en) 2010-08-12
US7723857B2 (en) 2010-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1727654A (zh) 涡轮发电机和具有该涡轮发电机的燃料电池系统
CN201053353Y (zh) 微型涡轮喷气发动机
CN201896664U (zh) 微型燃气轮机发电装置
CN100434700C (zh) 具有内冷空气流的马达驱动离心空气压缩机
US10364761B2 (en) Turbocharger
KR101324226B1 (ko) 유체 과급 장치
CN1423038A (zh) 用于内燃机的电动机辅助的涡轮增压系统
US8096126B2 (en) Motor-driven supercharger
US20100111725A1 (en) Fluid flow machine
GB2354553A (en) Electric motor driven turbocharger.
CN211314387U (zh) 一种用于供暖的微型燃气轮机
US20160305314A1 (en) Supercharging Device For An Internal Combustion Engine Of A Motor Vehicle, And Method For Producing The Supercharging Device
CN211474266U (zh) 一种微型燃气轮机供暖设备
KR20050006240A (ko) 발전 장치
CN108533387A (zh) 一种带电机/发电机的涡轮增压装置
CN211343133U (zh) 一种高燃烧效率的微型燃气轮机
CN110725748B (zh) 一种微型涡轮电混合分布式动力装置
KR20180126280A (ko) 전동슈퍼차저 및 이를 이용하는 과급시스템
CN212774519U (zh) 一种适用于小型涡轮发动机的内嵌式电机
CN201391338Y (zh) 微型燃气轮机转子系统
KR101289800B1 (ko) 영구 자석 모터 및 이를 구비한 유체 과급 장치
CN213088117U (zh) 一种适用于小型涡轮发动机的内嵌式电机
CN1729589A (zh) 发电系统
CN208040518U (zh) 带电子快速启动分体结构的涡轮增压器
CN115653707B (zh) 具有滚子元件轴承布置的涡轮机械

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C56 Change in the name or address of the patentee
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Gyeongnam, South Korea

Patentee after: SAMSUNG TECHWIN CO., LTD.

Address before: Gyeongnam, South Korea

Patentee before: Samsung TECHWIN Co., Ltd.

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20180313

Address after: Gyeongnam, South Korea

Patentee after: Han Hua compressor plant

Address before: Gyeongnam, South Korea

Patentee before: SAMSUNG TECHWIN CO., LTD.

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: 20111214

Termination date: 20200715