DE102004054100A1

DE102004054100A1 - Concentric bearing and seal assembly for a shaft in a hydrogen system

Info

Publication number: DE102004054100A1
Application number: DE102004054100A
Authority: DE
Inventors: Ralph Hobmeyr; Detlev Grobeis; Klaus Pfannschmidt
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2003-11-10
Filing date: 2004-11-09
Publication date: 2005-06-16
Also published as: US20050100462A1

Abstract

Ein Gaskompressor, der ein Gas in einem Brennstoffzellensystem komprimiert, umfasst eine Welle mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, ein erstes Lager, das die Welle an dem ersten Ende drehbar lagert, und ein zweites Lager, das die Welle zwischen dem ersten und zweiten Ende drehbar lagert. Eine Dichtungsanordnung ist konzentrisch mit dem zweiten Lager ausgebildet, um ein Wandern des Gases zwischen Fächern des Kompressors zu verhindern. Der Gaskompressor kann ein Kompressor, ein Gebläse, eine Pumpe oder ein Lader oder Turbokompressor sein, der das Gas transportiert.A gas compressor that compresses a gas in a fuel cell system includes a shaft having a first end and a second end, a first bearing rotatably supporting the shaft at the first end, and a second bearing containing the shaft between the first and second Rotatably supports the end. A seal assembly is formed concentrically with the second bearing to prevent migration of the gas between compartments of the compressor. The gas compressor may be a compressor, a blower, a pump or a supercharger or turbo-compressor that transports the gas.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Wasserstoffversorgungssysteme und insbesondere eine Lager- und Dichtungsanordnung für eine Wasserstoffversorgungseinheit.The The present invention relates to hydrogen supply systems and in particular a bearing and sealing arrangement for a hydrogen supply unit.

Brennstoffzellensysteme umfassen einen Brennstoffzellenstapel, der elektrische Energie auf Grundlage einer Reaktion zwischen einem auf Wasserstoff basierenden Zufuhrgas (beispielsweise reiner Wasserstoff oder ein Wasserstoffreformat) und einem Oxidationsmittel-Zufuhrgas (beispielsweise reiner Sauerstoff oder sauerstoffhaltige Luft) erzeugt. Das auf Wasserstoff basierende Zufuhrgas und das Oxidationsmittel-Zufuhrgas werden an den Brennstoffzellenstapel unter geeigneten Betriebsbedingungen (d.h. Temperatur und Druck) zur Reaktion darin geliefert. Die richtige Konditionierung der Zufuhrgase wird durch andere Komponenten des Brennstoffzellenstapels erreicht, um die richtigen Betriebsbedingungen vorzusehen.Fuel cell systems include a fuel cell stack based on electrical energy a reaction between a hydrogen-based feed gas (for example, pure hydrogen or a hydrogen reformate) and an oxidant supply gas (for example, pure oxygen or oxygen-containing air). The hydrogen-based Feed gas and the oxidant feed gas are supplied to the fuel cell stack under suitable operating conditions (i.e., temperature and pressure) delivered to the reaction therein. The correct conditioning of the feed gases is achieved by other components of the fuel cell stack to to provide the correct operating conditions.

Das Brennstoffzellensystem umfasst einen Kompressor zum Komprimieren des auf Wasserstoff basierenden Zufuhrgases auf einen geeigneten Betriebsdruck zur Reaktion in dem Brennstoffzellenstapel. Das auf Wasserstoff basierende Zufuhrgas beeinflusst inhärent die Lebensdauer der Kompressorkomponenten. Aufgrund dessen wird bei Kompressorkonstruktionen versucht, einen Kontakt zwischen den Kompressorkomponenten und dem auf Wasserstoff basierenden Zufuhrgas zu be schränken. Herkömmliche Kompressorkonstruktionen umfassen jedoch ein Lager, das ein Ende einer Welle lagert und das in das auf Wasserstoff basierende Zufuhrgas eingetaucht ist. Ferner sind herkömmliche Kompressorkonstruktionen nicht optimal konstruiert und aufgrund dessen hinsichtlich der Kosten weniger effektiv, komplexer und besitzen eine geringere Lebensdauer, als es allgemein erwünscht ist.The Fuel cell system includes a compressor for compressing the hydrogen-based feed gas to a suitable Operating pressure for the reaction in the fuel cell stack. That up Hydrogen based feed gas inherently affects the life of the compressor components. Due to this, it is tried in compressor designs, a Contact between the compressor components and the on hydrogen based supply gas to be restricted. conventional However, compressor designs include a bearing that has one end a wave and that into the hydrogen-based feed gas is immersed. Further, conventional compressor designs not optimally designed and therefore in terms of cost less effective, more complex and have a shorter lifespan, as generally desired is.

Demgemäß sieht die vorliegende Erfindung einen Gaskompressor vor, um ein Gas in einem Brennstoffzellensystem zu komprimieren. Der Gaskompressor umfasst eine Welle mit einem ersten und einem zweiten Ende, ein erstes Lager, das die Welle an dem ersten Ende drehbar lagert, und ein zweites Lager, das die Welle zwischen dem ersten und zweiten Ende drehbar lagert. Eine Dichtungsanordnung ist konzentrisch zu dem zweiten Lager ausgebildet, um ein Wandern des Gases zwischen Fächern des Kompressors zu verhindern.Accordingly, see the present invention provides a gas compressor to provide a gas in to compress a fuel cell system. The gas compressor includes a shaft having first and second ends first bearing rotatably supporting the shaft at the first end, and a second bearing, which is the shaft between the first and second Rotatably supports the end. A seal arrangement is concentric to The second camp is designed to move the gas between subjects to prevent the compressor.

Bei einer Ausführungsform umfasst der Kompressor ferner ein Kompressorflügelrad, das zur Rotation an der Welle befestigt ist und durch die Welle in einem Kompressorfach in Rotation versetzt wird, um das Gas zu komprimieren.at an embodiment The compressor further comprises a compressor impeller for rotation the shaft is attached and through the shaft in a compressor compartment is rotated to compress the gas.

Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst der Gaskompressor ferner einen Elektromotor, der in einem Motorfach angeordnet ist und mit der Welle in Eingriff steht, um die Welle in Rotation zu versetzen.at a further embodiment The gas compressor further comprises an electric motor, which in a Engine compartment is arranged and engaged with the shaft to to set the shaft in rotation.

Bei einer noch weiteren Ausführungsform umfassen die Fächer ein Kompressorfach und ein Motorfach. Die Dichtungsanordnung verhindert eine Wanderung des Gases von dem Kompressorfach in das Motorfach. Das erste Ende der Welle und das erste Lager sind in dem Motorfach angeordnet. Das zweite Lager ist in dem Motorfach angeordnet.at a still further embodiment the subjects a compressor compartment and a motor compartment. The seal arrangement prevents a migration of the gas from the compressor compartment into the engine compartment. The first end of the shaft and the first bearing are in the engine compartment arranged. The second bearing is located in the engine compartment.

Bei einer noch weiteren Ausführungsform umfasst die Dichtungsanordnung ein Barrieregas-Dichtungssystem.at a still further embodiment the seal assembly is a barrier gas sealing system.

Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung sind nachfolgend detaillierter beschrieben. Es sei zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung wie auch die spezifischen Beispiele, während sie die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellen, nur zu Zwecken der Veranschaulichung und nicht dazu bestimmt sind, den Schutzumfang der Erfindung zu beschränken.Further Areas of application of the present invention are more detailed below described. It should be understood that the detailed description as well as the specific examples, while being the preferred embodiment represent the invention, for purposes of illustration and are not intended to limit the scope of the invention.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:The The present invention will now be described by way of example only to the accompanying drawings, in which:

1 ein Funktionsblockschaubild ist, das ein beispielhaftes Brennstoffzellensystem, das eine Umwälzeinheit verwendet, gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung zeigt; 1 FIG. 4 is a functional block diagram showing an exemplary fuel cell system using a recirculation unit in accordance with the principles of the present invention; FIG.

2 eine Schnittansicht der Umwälzeinheit ist; 2 a sectional view of the circulating unit;

3A eine Detailansicht einer konzentrischen Dichtungsanordnung der Umwälzeinheit gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung ist; 3A Figure 11 is a detail view of a concentric seal assembly of the recirculation unit according to the principles of the present invention;

3B eine detaillierte Ansicht einer konzentrischen Dichtungsanordnung ist; und 3B a detailed view of a concentric seal assembly is; and

4 eine detaillierte Ansicht eines konzentrischen Barrieregas-Dichtungssystems ist. 4 is a detailed view of a concentric barrier gas sealing system.

Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken.The The following description of the preferred embodiments is merely exemplary nature and not intended to the invention, their Application or their use.

In 1 ist ein Funktionsblockschaubild eines beispielhaften Brennstoffzellensystems 10 gezeigt. Das Brennstoffzellensystem 10 umfasst einen Brennstoffzellenstapel 12, eine Wasserstoffquelle 14, eine Anodenumwälzeinheit 16 und eine Kathodenversorgungseinheit 20. Die Anodenumwälzeinheit 16 und die Kathodeneinheit 20 sind allgemein als Gebläse oder Kompressoren vorgesehen. Der Brennstoffzellenstapel 12 erzeugt elektrischen Strom, um eine Last (nicht gezeigt), wie beispielsweise einen Elektromotor, anzutreiben. Genauer erleichtert in dem Brennstoffzellenstapel 12, wenn ein wasserstoffhaltiges Zufuhrgas in die Anodenseite des Brennstoffzellenstapels 12 strömt, ein Katalysator eine Aufspaltung des wasserstoffhaltigen Zufuhrgases in Elektronen und Wasserstoffionen (d.h. Protonen). Die Wasserstoffionen gelangen durch eine Elektrolytmembran und vereinigen sich mit Sauerstoff in einer Kathodenseite, um Wasser (H₂O) zu erzeugen. Die Elektronen, die nicht durch die Elektrolytmembran gelangen können, fließen von der Anodenseite über eine externe Schaltung (beispielsweise die Last) an die Kathodenseite. Die Last verbraucht die von dem Brennstoffzellenstapel 12 erzeugte Energie.In 1 FIG. 4 is a functional block diagram of an exemplary fuel cell system. FIG 10 shown. The fuel cell system 10 includes a fuel cell stack 12 , a source of hydrogen 14 an anode circulation unit 16 and a cathode supply unit 20 , The anode circulation unit 16 and the cathode unit 20 are generally intended as blowers or compressors. The fuel cell stack 12 generates electric power to drive a load (not shown) such as an electric motor. More specifically, relieved in the fuel cell stack 12 when a hydrogen-containing feed gas into the anode side of the fuel cell stack 12 a catalyst undergoes a splitting of the hydrogen-containing feed gas into electrons and hydrogen ions (ie, protons). The hydrogen ions pass through an electrolyte membrane and combine with oxygen in a cathode side to produce water (H ₂ O). The electrons that can not pass through the electrolyte membrane flow from the anode side to the cathode side via an external circuit (eg, the load). The load consumes those from the fuel cell stack 12 generated energy.

Die Wasserstoffquelle 14 liefert das wasserstoffhaltige Zufuhrgas für die Anodenseite des Brennstoffzellenstapels 12. Bei einer Ausführungsform ist das wasserstoffhaltige Zufuhrgas im Wesentlichen reiner Wasserstoff. In einem solchen Fall ist die Wasserstoffquelle 14 ein Tank, der einen derartigen Wasserstoff enthält. Bei einer anderen Ausführungsform umfasst das wasserstoffhaltige Zufuhrgas eine wasserstoffhaltige Gasmischung, wie beispielsweise ein Reformat, die Wasserstoff als eine ihrer Komponenten umfasst. In einem solchen Fall ist die Wasserstoffquelle 14 ein Reformierungssystem, das einen Kohlenwasserstoff-Brennstoff reformiert, um das wasserstoffhaltige Reformat zu erzeugen.The hydrogen source 14 provides the hydrogen-containing feed gas for the anode side of the fuel cell stack 12 , In one embodiment, the hydrogen-containing feed gas is substantially pure hydrogen. In such a case, the source of hydrogen is 14 a tank containing such hydrogen. In another embodiment, the hydrogen-containing feed gas comprises a hydrogen-containing gas mixture, such as a reformate, which includes hydrogen as one of its components. In such a case, the source of hydrogen is 14 a reforming system that reforms a hydrocarbon fuel to produce the hydrogen-containing reformate.

Ungeachtet der Art und Weise, wie das wasserstoffhaltige Zufuhrgas geliefert wird, wird das wasserstoffhaltige Zufuhrgas an die Anodenseite des Brennstoffzellenstapels 12 zur Reaktion darin geliefert. Die Anodenumwälzeinheit 16 wälzt den Brennstoffzellenstapel 12 verlassendes Abgas zur Wiederverwendung in dem Brennstoffzellenstapel 12 um. Das umgewälzte Abgas umfasst Wasserstoff, Wasser (sowohl flüssig als auch dampfförmig), Stickstoff und andere Komponenten. Die Kathodenversorgungseinheit 20 komprimiert ein sauerstoffhaltiges Zufuhrgas (beispielsweise Luft), um das komprimierte sauerstoffhaltige Zufuhrgas an die Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels 12 mit einem geeigneten Druck zu liefern.Regardless of the manner in which the hydrogen-containing feed gas is delivered, the hydrogen-containing feed gas becomes the anode side of the fuel cell stack 12 delivered to the reaction therein. The anode circulation unit 16 rolls the fuel cell stack 12 leaving exhaust gas for reuse in the fuel cell stack 12 around. The recirculated exhaust gas includes hydrogen, water (both liquid and vapor), nitrogen and other components. The cathode supply unit 20 compresses an oxygen-containing feed gas (eg, air) to supply the compressed oxygen-containing feed gas to the cathode side of the fuel cell stack 12 to deliver with a suitable pressure.

In 2 ist eine Schnittansicht der Anodenumwälzeinheit 16 gezeigt. Das Abgas wird an einem Saugeinlass (nicht gezeigt) in die Anodenumwälzeinheit 16 gezogen, darin komprimiert und von der Anodenumwälzeinheit 16 an einen Austragsauslass (nicht gezeigt) ausgetragen. Die Anodenumwälzeinheit 16 umfasst ein Motorfach 22 und ein Kompressor- oder Gebläsefach 24. Das Motorfach wird durch eine Motorverkleidung 26 und ein Gehäuse 28 definiert. Das Gebläsefach 24 wird durch ein Gehäuse 28 und eine Gebläseverkleidung 30 definiert. Eine Welle 32 ist zwischen dem Motorfach 22 und dem Gebläsefach 24 drehbar gelagert. Die Welle 32 wird durch einen Rotor eines Motors 34 in Rotation versetzt, der in dem Motorfach 22 angeordnet ist. Ein Gebläseflügelrad 36 oder mehrere Kompressorflügelräder 36 sind zur Rotation an der Welle 32 in dem Gebläsefach 24 befestigt. Obwohl die Anodenversorgungseinheit 16 als ein zweistufiger Radialkompressor gezeigt ist, sei angemerkt, dass die Anodenversorgungseinheit 16 auch von einem anderen Typ sein kann.In 2 is a sectional view of the Anodenumwälzeinheit 16 shown. The exhaust gas is introduced into the anode recirculation unit at a suction inlet (not shown) 16 pulled, compressed therein and from the Anodenumwälzeinheit 16 discharged to a discharge outlet (not shown). The anode circulation unit 16 includes a motor compartment 22 and a compressor or blower compartment 24 , The engine compartment is covered by an engine cowling 26 and a housing 28 Are defined. The fan compartment 24 is through a housing 28 and a fan cowl 30 Are defined. A wave 32 is between the engine compartment 22 and the fan compartment 24 rotatably mounted. The wave 32 is powered by a rotor of an engine 34 set in rotation in the engine compartment 22 is arranged. A fan impeller 36 or more compressor impellers 36 are for rotation on the shaft 32 in the fan compartment 24 attached. Although the anode supply unit 16 is shown as a two-stage radial compressor, it should be noted that the anode supply unit 16 can also be of a different type.

Die Welle 32 wird durch ein erstes und zweites Lager 38 bzw. 40 drehbar gelagert. Das erste Lager 38 sitzt in einer Ausnehmung 42 der Motorverkleidung 26 und lagert ein erstes Ende der Welle 32 drehbar. Ein Gebläse 44 ist zur Rotation an der Welle 32 befestigt. Obwohl das Gebläse 44 an einem ersten Ende der Welle 32 befestigt gezeigt ist, sei angemerkt, dass das Gebläse 44 auch an anderen Orten entlang der Welle 32 positioniert sein kann. Das Gebläse 44 wird über eine Rotation der Welle 32 in Rotation versetzt. Das Gebläse 44 bewirkt einen Luftdurchfluss durch ein Gebläsegehäuse 46, um das Motorfach 22 zu kühlen. Das zweite Lager 40 sitzt in einer Ausnehmung 48 des Gehäuses 28. Das zweite Lager 40 lagert die Welle 32 drehbar an einem dazwischen liegenden Punkt entlang der Länge der Welle 32.The wave 32 is through a first and second camp 38 respectively. 40 rotatably mounted. The first camp 38 sits in a recess 42 the engine cowling 26 and stores a first end of the shaft 32 rotatable. A fan 44 is for rotation on the shaft 32 attached. Although the fan 44 at a first end of the shaft 32 is attached, it should be noted that the blower 44 also in other places along the wave 32 can be positioned. The fan 44 is about a rotation of the shaft 32 set in rotation. The fan 44 causes an air flow through a blower housing 46 to the engine compartment 22 to cool. The second camp 40 sits in a recess 48 of the housing 28 , The second camp 40 stores the wave 32 rotatable at an intermediate point along the length of the shaft 32 ,

Obwohl das Gebläse 44 zur Luftkühlung des Motorfaches 22 vorgesehen ist, sei angemerkt, dass die Anodenversorgungseinheit 16 auch wassergekühlt sein kann. In einem solchen Fall steht ein Wassermantel (nicht gezeigt) in Wärmeaustauschbeziehung mit der Anodenumwälzeinheit 16. Wasser oder Kühlmittel, das durch den Wassermantel strömt, kühlt die Anodenumwälzeinheit.Although the fan 44 for air cooling the engine compartment 22 is provided, it should be noted that the anode supply unit 16 can also be water cooled. In such a case, a water jacket (not shown) is in heat exchange relationship with the anode recirculation unit 16 , Water or coolant flowing through the water jacket cools the anode recirculation unit.

Ein Dichtungssystem 50 ist um das zweite Lager 40 konzentrisch herum ausgebildet. Das Dichtungssystem 50 dichtet das Gebläsefach 24 ab, um eine Leckage von wasserstoffhaltigem Zufuhrgas durch das zweite Lager 40 in das Motorfach 22 zu verhindern. Das in 2 gezeigte Dichtungssystem 50 ist ein allgemeines Dichtungssystem, das einen von mehreren in der Technik bekannten Typen darstellen kann. Beispielsweise kann das Dichtungssystem ein Dichtungssystem vom Gasbarrieretyp sein, das nachfolgend detaillierter beschrieben ist und in der U.S. Patentanmeldung Seriennr. 10/445,420 des gleichen Anmelders detailliert beschrieben ist, die am 27. Mai 2003 eingereicht wurde und den Titel besitzt "Fluid Handling Device for Hydrogen-Containing Process Fluids". In dem Dichtungssystem 50 befindet sich ein unter Druck stehendes Barrieregas auf einem höheren Druck als der Druck in dem Motorfach 22 oder der Druck in dem Gebläsefach 24. Auf diese Art und Weise verhindert das unter Druck stehende Barrieregas einen Fluiddurchfluss von dem Gebläsefach 24 durch das Dichtungssystem 50 in das Motorfach 22. Gleichermaßen verhindert das unter Druck stehende Barrieregas einen Fluiddurchfluss von dem Motorfach 22 durch das Dichtungssystem 50 in das Gebläsefach 24. Es sei angemerkt, dass das Dichtungssystem vom Gasbarrieretyp lediglich beispielhaft ist, und dass andere Typen von Dichtungssystemen als Dichtungssystem 50 verwendet und konzentrisch zu dem zweiten Lager 40 ausgebildet werden können.A sealing system 50 is about the second camp 40 formed concentrically around. The sealing system 50 seals the fan compartment 24 leakage of hydrogen-containing feed gas through the second bearing 40 in the engine compartment 22 to prevent. This in 2 shown sealing system 50 is a general sealing system that can be one of several types known in the art. For example, the sealing system may be a gas barrier type sealing system, which is described in more detail below and disclosed in US patent application Ser. 10 / 445,420 of the same Applicant filed May 27, 2003 and entitled "Fluid Handling Device for Hydrogen-Containing Pro cess fluids "in the sealing system 50 There is a pressurized barrier gas at a higher pressure than the pressure in the engine compartment 22 or the pressure in the fan tray 24 , In this way, the pressurized barrier gas prevents fluid flow from the fan tray 24 through the sealing system 50 in the engine compartment 22 , Likewise, the pressurized barrier gas prevents fluid flow from the engine compartment 22 through the sealing system 50 in the fan compartment 24 , It should be noted that the gas barrier type sealing system is merely exemplary, and that other types of sealing systems than sealing system 50 used and concentric with the second bearing 40 can be trained.

In den 3A und 3B sind die Vorteile der Lager- und Dichtungssystemanordnung der vorliegenden Erfindung detaillierter gezeigt. Wie in 3A gezeigt ist, ist zwischen einer oberen Seite des zweiten Lagers 40 und einem unteren Rand des Dichtungssystems 50 eine Distanz X definiert. 3B zeigt eine herkömmliche nicht konzentrische Lagerund Dichtungssystemanordnung. Eine Distanz Y ist zwischen einer oberen Seite des Lagers und einem unteren Rand des nicht konzentrischen Dichtungssystems definiert. Wie zu sehen ist, ist die Distanz X erheblich kürzer als die Distanz Y. Daher ist die Welle 32 kürzer als die mit der herkömmlichen, nicht konzentrischen Lager- und Dichtungssystemanordnung in Verbindung stehende Welle.In the 3A and 3B For example, the advantages of the bearing and seal system assembly of the present invention are shown in greater detail. As in 3A is shown is between an upper side of the second bearing 40 and a lower edge of the sealing system 50 defines a distance X. 3B shows a conventional non-concentric bearing and sealing system assembly. A distance Y is defined between an upper side of the bearing and a lower edge of the non-concentric sealing system. As can be seen, the distance X is considerably shorter than the distance Y. Therefore, the shaft is 32 shorter than the shaft associated with the conventional non-concentric bearing and seal system assembly.

Aufgrund dessen, dass die Welle 32 kürzer als herkömmlich erforderlich ausgebildet ist, ergeben sich spezielle Vorteile. Zunächst befinden sich die Flügelräder 36 näher an dem zweiten Lager 40, das einen Lagerpunkt der Welle 32 darstellt. Das Moment der Welle 32, das durch das Gewicht der daran befestigten Flügelräder 36 erzeugt wird, ist gegenüber demjenigen eines herkömmlichen Systems, bei dem die Flügelräder weiter entfernt angeordnet sind, verringert. Aufgrund dessen ist die Welle 32 bereits nur durch das erste und zweite Lager 38, 40 ausreichend gestützt bzw. gelagert. Eine herkömmliche Anordnung mit einem größeren Moment in der Welle würde ein drittes Lager erfordern, um das zweite Ende der Welle zu lagern bzw. abzustützen. Da hier ein drittes Lager nicht erforderlich ist, verringern sich dadurch die Komponentenkosten. Zusätzlich wäre das dritte Lager in dem Gebläsefach 24 angeordnet und dem wasserstoffhaltigen Zufuhrgas ausgesetzt. Der Kontakt mit dem wasserstoffhaltigen Zufuhrgas wäre für das dritte Lager schädlich, würde die Lebensdauer des dritten Lagers verringern und daher die Lebensdauer der Anodenumwälzeinheit 16 als Ganzes verringern. Da ein drittes Lager nicht erforderlich ist, ist die Umwälzeinheit 16 der vorliegenden Erfindung billiger und besitzt eine höhere Lebensdauer, als eine herkömmliche Versorgungseinheit.Because of that, the wave 32 shorter than conventionally required, there are special advantages. First, there are the impellers 36 closer to the second camp 40 , which is a bearing point of the shaft 32 represents. The moment of the wave 32 by the weight of the attached impellers 36 is reduced compared to that of a conventional system in which the vanes are arranged further away, reduced. Because of that, the wave is 32 already only through the first and second bearings 38 . 40 sufficiently supported or stored. A conventional arrangement with a larger moment in the shaft would require a third bearing to support the second end of the shaft. Since a third bearing is not required here, this reduces the component costs. In addition, the third camp would be in the blower compartment 24 arranged and exposed to the hydrogen-containing feed gas. The contact with the hydrogen-containing feed gas would be detrimental to the third bearing, would reduce the life of the third bearing, and therefore the life of the anode recirculation unit 16 decrease as a whole. Since a third camp is not required, the Umwälzeinheit 16 of the present invention cheaper and has a longer life, as a conventional supply unit.

Ferner ist im Vergleich zu der Welle einer herkömmlichen Anordnung das Biegemoment durch die Welle 32 hindurch verringert. Aufgrund dessen ist der Durchmesser der Welle 32 im Vergleich zu einer Welle einer herkömmlichen Anordnung verringert. Dies sieht mehrere verschiedene Vorteile vor. Zunächst werden Materialkosten eingespart, da die Welle 32 aus weniger Material hergestellt werden kann. Ferner können die Größen des ersten und zweiten Lagers 38, 40 verringert werden. Die Lebensdauer eines Lagers ist eine Funktion seiner Drehzahl, seiner Rotationszeit und seinem Durchmesser. Bei einer zyklisch beladenen Versorgungseinheit sind die Drehzahl wie auch die Rotationszeit konstant (d.h. können nicht gesteuert werden, um die Lebensdauer des Lagers zu beein flussen). Daher ermöglicht eine Verringerung des Lagerdurchmessers eine erhöhte Lagerlebensdauer. Somit ermöglicht das konzentrische Lager- und Dichtungssystem der vorliegenden Erfindung eine erhöhte Lagerlebensdauer für das erste und zweite Lager 38, 40. Die Verwendung kleinerer Lager hat weitere Kosteneinsparungen zur Folge.Further, compared to the shaft of a conventional arrangement, the bending moment is through the shaft 32 reduced through. Because of this, the diameter of the shaft 32 reduced compared to a shaft of a conventional arrangement. This provides several different benefits. First, material costs are saved because the wave 32 can be made from less material. Further, the sizes of the first and second bearings 38 . 40 be reduced. The life of a bearing is a function of its speed, its rotation time and its diameter. In a cyclically loaded supply unit, the speed as well as the rotation time are constant (ie can not be controlled to influence the life of the bearing). Therefore, a reduction of the bearing diameter enables an increased bearing life. Thus, the concentric bearing and sealing system of the present invention allows increased bearing life for the first and second bearings 38 . 40 , The use of smaller bearings results in further cost savings.

In 4 ist das Dichtungssystem 50 als ein Barrieregas-Dichtungssystem 50' gezeigt. Die Verwendung des Barrieregas-Dichtungssystems 50' erlaubt eine Verringerung der Komponenten wie auch eine kleinere Packungshüllkurve innerhalb der Umwälzeinheit 16 gegenüber anderen herkömmlichen Dichtungssystemen. Das Barrieregas-Dichtungssystem 50' umfasst eine Dichtung 61, einen Dichtkopf 62 und einen O-Ring 63. In einer Seite des Dichtkopfes 62 ist eine Ringnut 64 ausgebildet, und ein Durchgang 65 ist durch diesen hindurch ausgebildet, um eine Fluidverbindung zwischen dem Zentrum des Barrieregas-Dichtungssystems 50' und der Ringnut 64 zu ermöglichen. Obwohl die Dichtung 61 hier eine Dichtfläche zwischen dem Gebläsefach 24 und dem Barrieregas in dem Dichtungssystem 50' vorsieht, kann das Dichtungssystem 50' an die Motorfachseite umpositioniert werden, so dass die Dichtung 61 eine Dichtfläche zwischen dem Gebläsefach 24 und dem Barrieregas in dem Dichtungssystem 50' vorsieht.In 4 is the sealing system 50 as a barrier gas sealing system 50 ' shown. The use of the barrier gas sealing system 50 ' allows a reduction in the components as well as a smaller packing envelope within the recirculation unit 16 over other conventional sealing systems. The barrier gas sealing system 50 ' includes a seal 61 , a sealing head 62 and an O-ring 63 , In one side of the sealing head 62 is an annular groove 64 trained, and a passage 65 is formed therethrough to fluid communication between the center of the barrier gas sealing system 50 ' and the ring groove 64 to enable. Although the seal 61 Here is a sealing surface between the fan compartment 24 and the barrier gas in the sealing system 50 ' provides, the sealing system can 50 ' repositioned to the engine compartment side so that the gasket 61 a sealing surface between the fan compartment 24 and the barrier gas in the sealing system 50 ' provides.

Zusammengefasst umfasst ein Gaskompressor, der ein Gas in einem Brennstoffzellensystem komprimiert, eine Welle mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, ein erstes Lager, das die Welle an dem ersten Ende drehbar lagert, und ein zweites Lager, das die Welle zwischen dem ersten und zweiten Ende drehbar lagert. Eine Dichtungsanordnung ist konzentrisch zu dem zweiten Lager ausgebildet, um ein Wandern des Gases zwischen Fächern des Kompressors zu verhindern. Der Gaskom pressor kann ein Kompressor, ein Gebläse, eine Pumpe oder ein Lader oder Turbokompressor sein, der das Gas transportiert.Summarized includes a gas compressor that compresses a gas in a fuel cell system, a shaft having a first end and a second end, a first one Bearing which rotatably supports the shaft at the first end, and a second bearing, which is the shaft between the first and second end rotatably supports. A sealing arrangement is concentric with the second bearing designed to allow migration of the gas between compartments of the compressor to prevent. The gas compressor can compressor, a blower, a Pump or a supercharger or turbocompressor that transports the gas.

Claims

Gas compressor for compressing a gas in a fuel cell system ( 10 ) with: a wave ( 32 ) having a first end and a second end; a first warehouse ( 38 ) that the wave ( 32 ) rotatably supported at the first end; a second warehouse ( 40 ) that the wave ( 32 rotatably supported between the first and second ends; and a sealing arrangement ( 50 ) concentric with the second bearing ( 40 ) is designed to prevent migration of the gas between compartments of the compressor ( 16 ) to prevent.

Gas compressor according to claim 1, further comprising a compressor impeller ( 36 ), which can rotate on the shaft ( 32 ) and through the shaft ( 32 ) in a compressor compartment ( 24 ) is rotated to compress the gas.

Gas compressor according to claim 1, further comprising an electric motor ( 34 ) in an engine compartment ( 22 ) and with the shaft ( 32 ) is engaged to the shaft ( 32 ) to set in rotation.

Gas compressor according to claim 1, wherein the compartments a compressor compartment ( 24 ) and a motor compartment ( 22 ), the sealing arrangement ( 50 ) a migration of the gas from the compressor compartment ( 24 ) into the engine compartment ( 22 ) prevented.

Gas compressor according to claim 4, wherein the first end of the shaft ( 32 ) and the first bearing ( 38 ) in the engine compartment ( 22 ) are arranged.

Gas compressor according to claim 4, wherein the second bearing ( 40 ) in the engine compartment ( 22 ) is arranged.

Gas compressor according to claim 1, wherein the sealing arrangement ( 50 ) comprises a barrier gas sealing system.

Gas compressor for compressing a hydrogen-containing gas for use in a fuel cell system ( 10 ), with: a wave ( 32 ) located between an engine compartment ( 22 ) and a compressor compartment ( 24 ) and has first and second ends; a first warehouse ( 38 ) that the wave ( 32 ) at the first end in the engine compartment ( 22 ) rotatably supports; a second warehouse ( 40 ) that the wave ( 32 rotatably supported between the first and second ends; a sealing arrangement ( 50 ) concentric with the second bearing ( 40 ) is designed to prevent migration of the hydrogen-containing gas between the engine compartment ( 22 ) and the compressor compartment ( 24 ) to prevent.

Gas compressor according to claim 8, wherein the second bearing ( 40 ) in the engine compartment ( 22 ) is arranged.

Gas compressor according to claim 8, further comprising a compressor impeller ( 36 ), which can rotate on the shaft ( 32 ) and through the shaft ( 32 ) in the compressor compartment ( 24 ) is rotated to compress the hydrogen-containing gas.

Gas compressor according to claim 10, further comprising a suction inlet to an inlet of the hydrogen-containing gas in the compressor compartment ( 24 ) and a discharge outlet for discharging the hydrogen-containing gas to the fuel cell system ( 10 ).

Gas compressor according to claim 8, further comprising an electric motor ( 34 ) located in the engine compartment ( 22 ) and with the shaft ( 32 ) is engaged to the shaft ( 32 ) to set in rotation.

Gas compressor according to claim 8, wherein the sealing arrangement ( 50 ) comprises a barrier gas sealing system.

Fuel cell system ( 10 ) with: a fuel cell ( 12 ), which supplies an exhaust gas; and an exhaust gas compressor ( 16 ) to compress the exhaust gas from the fuel cell and recirculate the exhaust gas to the fuel cell, the compressor ( 16 ) comprises: a wave ( 32 ) having a first end and a second end; a first warehouse ( 38 ) that the wave ( 32 ) rotatably supported at the first end; a second warehouse ( 40 ) that the wave ( 32 ) rotatably supported between the first and second ends; and a sealing arrangement ( 50 ) concentric with the second bearing ( 40 ) is adapted to a migration of the exhaust gas between compartments of the compressor ( 16 ) to prevent.

Fuel cell system ( 10 ) according to claim 14, further comprising a compressor impeller ( 36 ), which can rotate on the shaft ( 32 ) and through the shaft ( 32 ) in a compressor compartment ( 24 ) is rotated to compress the exhaust gas.

Fuel cell system ( 10 ) according to claim 14, further comprising an electric motor ( 34 ) in an engine compartment ( 22 ) and with the shaft ( 32 ) is engaged to the shaft ( 32 ) to set in rotation.

Fuel cell system ( 10 ) according to claim 14, wherein the compartments are a compressor compartment ( 24 ) and an engine compartment ( 22 ), the sealing arrangement ( 50 ) a migration of the exhaust gas from the compressor compartment ( 24 ) into the engine compartment ( 22 ) prevented.

Fuel cell system ( 10 ) according to claim 17, wherein the first end of the shaft ( 32 ) and the first bearing ( 38 ) in the engine compartment ( 22 ) are arranged.

Fuel cell system ( 10 ) according to claim 17, wherein the second bearing ( 40 ) in the engine compartment ( 22 ) is arranged.

Fuel cell system ( 10 ) according to claim 14, wherein the bearing assembly comprises a barrier gas sealing system.