DE102017211940A1 - Fuel cell system for a motor vehicle and turbomachine for a fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Die hier offenbarte Technologie betrifft eine Strömungsmaschine für ein Kraftfahrzeug. Die Strömungsmaschine umfasst mindestens einen elektrischen Antrieb und mindestens ein Laufrad. Das Laufrad und der elektrische Antrieb sind über eine Welle miteinander verbunden. Am mindestens einen Laufrad ist mindestens ein Druckteiler vorgesehen. Das mindestens eine Laufrad bildet den mindestens einen Druckteiler mit aus.The technology disclosed herein relates to a turbomachine for a motor vehicle. The turbomachine comprises at least one electric drive and at least one impeller. The impeller and the electric drive are connected to each other via a shaft. At least one impeller, at least one pressure divider is provided. The at least one impeller forms the at least one pressure divider with.
Description
Die hier offenbarte Technologie betrifft eine Strömungsmaschine für ein Brennstoffzellensystem, insbesondere einen Turbolader. Ferner betrifft die hier offenbarte Technologie ein Brennstoffzellensystem mit einer solchen Strömungsmaschine.The technology disclosed herein relates to a turbomachine for a fuel cell system, in particular a turbocharger. Further, the technology disclosed herein relates to a fuel cell system having such a turbomachine.
Turbolader als solche sind aus dem Stand der Technik bekannt. Ebenfalls ist bekannt, solche Turbolader in Brennstoffzellensystemen einzusetzen. Ferner ist bekannt, in einem solchen Brennstoffzellensystem Luftlager einzusetzen.Turbochargers as such are known in the art. It is also known to use such turbochargers in fuel cell systems. It is also known to use air bearings in such a fuel cell system.
Die Turbolader können Axial-Luftlager mit in radialer Richtung abstehenden Scheiben umfassen. Diese mit der Welle rotierenden Scheiben werden beiderseits von Luft umströmt. Nachteilig an einer solchen Ausgestaltung ist, dass die Gesamtlänge der Welle sich vergrößert. Eine große Gesamtlänge der Welle ist jedoch nachteilig für die Eigenfrequenzen der Welle. Gerade bei Hochdrehzahlanwendungen (>100.000 U/Min) hat dies signifikanten Einfluss auf die Wellendynamik. Durch die Scheibe vergrößert sich das Massenträgheitsmoment der rotierenden Bauteile, was sich negativ auf das Ansprechverhalten des Verdichters auswirkt. Die Scheibe ist zudem ein zusätzliches Bauteil, das zusätzlich Kosten und Fertigungsaufwand mit sich bringt (z.B. Wuchten). Ferner werden die Wellen der Turbolader mit Radialdichtungen abgedichtet, die die Wellenlänge ebenfalls negativ beeinflussen können. Ferner besteht ein Bedürfnis, die Lager auch zur Kühlung mit ausreichend Luft zu versorgen. The turbochargers may include axial air bearings with radially projecting discs. These disks rotating with the shaft are surrounded by air on both sides. A disadvantage of such a configuration is that the total length of the shaft increases. However, a large overall length of the shaft is detrimental to the natural frequencies of the shaft. Especially at high-speed applications (> 100,000 rpm) this has a significant influence on the shaft dynamics. The disc increases the mass moment of inertia of the rotating components, which has a negative effect on the response of the compressor. The disc is also an additional component that adds cost and manufacturing effort (e.g., balancing). Furthermore, the turbocharger shafts are sealed with radial seals, which can also adversely affect the wavelength. Furthermore, there is a need to provide the bearings with sufficient air for cooling.
Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Es ist insbesondere eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, eine Strömungsmaschine beziehungsweise ein Brennstoffzellensystem bereitzustellen, welches bevorzugt hinsichtlich der Anfälligkeit gegen Vibrationen, Lagerkühlung, Bauraumbedarf, Gewicht und/oder Herstellkosten verbessert ist. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.It is a preferred object of the technology disclosed herein to reduce or eliminate at least one disadvantage of a previously known solution or to suggest an alternative solution. In particular, it is a preferred object of the technology disclosed here to provide a turbomachine or a fuel cell system which is preferably improved with regard to the susceptibility to vibrations, bearing cooling, space requirement, weight and / or production costs. Other preferred objects may result from the beneficial effects of the technology disclosed herein. The object (s) is / are solved by the subject independent claims. The dependent claims are preferred embodiments.
Die hier offenbarte Technologie betrifft eine Strömungsmaschine, insbesondere einen Turbolader bzw. Turboverdichter für ein Kraftfahrzeug. Die Strömungsmaschine umfasst: i) mindestens ein Laufrad; ii) mindestens eine Welle; und iii) bevorzugt mindestens einen elektrischen Antrieb. Das Laufrad und der elektrische Antrieb sind über die Welle drehfest aneinander gekoppelt bzw. miteinander verbunden. Der elektrische Antrieb ist eingerichtet, das mindestens eine Laufrad der Verdichtereinheit anzutreiben.The technology disclosed here relates to a turbomachine, in particular a turbocharger or turbocompressor for a motor vehicle. The turbomachine comprises: i) at least one impeller; ii) at least one wave; and iii) preferably at least one electric drive. The impeller and the electric drive are rotatably coupled together via the shaft or connected to each other. The electric drive is set up to drive the at least one impeller of the compressor unit.
Die Strömungsmaschine ist insbesondere eingerichtet, Luft zu einem Energiewandler zu fördern, insbesondere zu mindestens einer Brennstoffzelle. Die Strömungsmaschine kann insbesondere ein luftgelagerter Turbokompressor, Turboverdichter bzw. Kreiselverdichter sein. Bevorzugt weist der Verdichter einen Arbeits-Drehzahlbereich von ca. 15.000 U/min bis ca. 170.000 U/min, und besonders bevorzugt von ca. 20.000 U/min bis ca. 130.000 U/min auf. Die Strömungsmaschine ist insbesondere eingerichtet, über einen Energiewandler-Zuströmungspfad Luft mindestens einem Energiewandler eines Kraftfahrzeugs zuzuführen. Bevorzugt umfasst die Strömungsmaschine eine Verdichtereinheit mit mindestens einem Verdichterrad und/oder eine Turbineneinheit mit mindestens einem Turbinenrad.The turbomachine is in particular designed to convey air to an energy converter, in particular to at least one fuel cell. The turbomachine may in particular be an air-bearing turbocompressor, turbocompressor or centrifugal compressor. Preferably, the compressor has a working speed range from about 15,000 rpm to about 170,000 rpm, and more preferably from about 20,000 rpm to about 130,000 rpm. The turbomachine is in particular configured to supply air to at least one energy converter of a motor vehicle via an energy converter inflow path. The turbomachine preferably comprises a compressor unit with at least one compressor wheel and / or a turbine unit with at least one turbine wheel.
Der Energiewandler-Zuströmungspfad stellt die Fluidverbindung zwischen der Strömungsmaschine und dem Energiewandler her. Der Energiewandler-Zuströmungspfad kann durch mehrere Zuleitungen ausgebildet werden, die die verschiedenen Komponenten im Energiewandler-Zuströmungspfad miteinander verbinden.The energy converter inflow path establishes fluid communication between the turbomachine and the energy converter. The energy converter inflow path may be formed by a plurality of leads interconnecting the various components in the energy converter inflow path.
Der mindestens eine Energiewandler ist eingerichtet, die chemische Energie des Brennstoffs in andere Energieformen umzuwandeln, beispielsweise in elektrische Energie und/oder in Bewegungsenergie. Der Energiewandler kann beispielsweise eine Brennkraftmaschine oder ein Brennstoffzellensystem mit mindestens eine Brennstoffzelle sein.The at least one energy converter is set up to convert the chemical energy of the fuel into other forms of energy, for example electrical energy and / or kinetic energy. The energy converter can be, for example, an internal combustion engine or a fuel cell system with at least one fuel cell.
Das mindestens eine Laufrad kann ein Verdichterrad oder ein Turbinenrad sein. Das Verdichterrad ist eingerichtet, die zu verdichtende Luft zu fördern. Das Turbinenrad ist eingerichtet, das Abfallen der innere Energie vom einströmenden Gas in mechanische Leistung (hier Drehmoment mal Drehzahl) umzuwandeln, die es an die Welle abgibt. Bevorzugt ist das Turbinenrad als Abgasturbinenrad ausgebildet. Das Turbinenrad ist insbesondere eingerichtet, einströmendes Gas zu expandieren. Bevorzugt umfasst die Strömungsmaschine ein Verdichterrad und ein Turbinenrad.The at least one impeller may be a compressor wheel or a turbine wheel. The compressor wheel is set up to convey the air to be compressed. The turbine wheel is designed to convert the drop in internal energy from the incoming gas into mechanical power (here, torque times speed) that it delivers to the shaft. Preferably, the turbine wheel is designed as a Abgasturbinenrad. The turbine wheel is particularly adapted to expand incoming gas. The turbomachine preferably comprises a compressor wheel and a turbine wheel.
Das mindestens eine Laufrad ist mit der Welle der Strömungsmaschine gekoppelt, beispielsweise über eine Welle-Nabe Verbindung, Klebung oder jede andere geeignete Verbindung. Das mindestens eine Laufrad ist i.d.R. kreisrund und konzentrisch zur Mittelachse der Welle angeordnet.The at least one impeller is coupled to the shaft of the turbomachine, for example via a shaft-hub connection, gluing or any other suitable connection. The at least one impeller is i.d.R. circular and concentric with the central axis of the shaft.
Das Laufrad kann an seiner Laufradvorderseite bzw. Laufradaußenseite bzw. Vorderseite des Laufrads (nachstehend für alle Begriffe stellvertretend wird vereinfachend benutzt: „Vorderseite des Laufrads“ oder allgemein „Vorderseite“) Luftleitelemente aufweisen, insbesondere rotierende Leitschaufeln, die nachstehend auch als Laufschaufeln bezeichnet werden. Die Laufradrückseite bzw. Laufradinnenseite bzw. Rückseite (nachstehend für alle Begriffe stellvertretend wird vereinfachend benutzt: „Rückseite des Laufrads“ oder allgemein „Rückseite“) ist die Rückseite des Laufrads.The impeller may be used on its impeller front or impeller outer side or front side of the impeller (hereinafter for all terms, for the sake of simplification: front side of the impeller) Impeller "or generally" front ") have air guide elements, in particular rotating vanes, which are also referred to below as blades. The rear of the wheel or the inner side of the wheel or rear side (for the sake of simplification, the following is used for all terms: "rear of the wheel" or generally "rear") is the rear of the wheel.
Die Vorderseite kann eingerichtet sein, axial Luft anzusaugen und in das Verdichtergehäuse zu fördern, wobei dabei die angesaugte Luft verdichtet wird. Die Vorderseite kann eingerichtet sein, in das Turbinengehäuse insbesondere radial einströmendes Gas axial ausströmen zu lassen, wobei in der Turbineneinheit das Gas expandiert und die Welle angetrieben wird.The front may be configured to suck air axially and convey it into the compressor housing, thereby compressing the intake air. The front side can be configured to allow gas to flow out axially into the turbine housing, in particular radially, wherein in the turbine unit the gas expands and the shaft is driven.
Das Antriebsgehäuse, das Verdichtergehäuse bzw. verdichterseitige Laufradgehäuse und/oder das Turbinengehäuse bzw. verdichterseitige Laufradgehäuse bilden i.d.R. das Gehäuse der Strömungsmaschine aus. Das Antriebsgehäuse der Strömungsmaschine umschließt zumindest den elektrischen Antrieb. An einem Ende des Antriebsgehäuses ist zweckmäßig ein Verdichtergehäuse einer Verdichtereinheit vorgesehen, in der das Verdichterrad aufgenommen ist. An dem anderen Ende des Antriebsgehäuses kann ein Turbinengehäuse vorgesehen sein. Das Verdichtergehäuse und/oder das Turbinengehäuse können als Spiralgehäuse ausgebildet sein, die die Voluten vom Verdichter bzw. von der Turbine ausbilden. In dem Gehäuse, insbesondere im Antriebsgehäuse, ist die mindestens eine Welle gelagert.The drive housing, the compressor housing or compressor-side impeller housing and / or the turbine housing or compressor-side impeller housing form i.d.R. the housing of the turbomachine. The drive housing of the turbomachine encloses at least the electric drive. At one end of the drive housing, a compressor housing of a compressor unit is expediently provided, in which the compressor wheel is accommodated. At the other end of the drive housing, a turbine housing may be provided. The compressor housing and / or the turbine housing may be formed as a spiral housing, which form the volutes from the compressor or from the turbine. In the housing, in particular in the drive housing, the at least one shaft is mounted.
Am mindestens einen Laufrad kann mindestens ein Druckteiler vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann das mindestens eine Laufrad den mindestens einen Druckteiler mit ausbilden. Der Druckteiler ist dabei eine Einrichtung, die einen Strömungspfad in zwei benachbarte Teilbereiche aufteilt; wobei es zwischen diesen Teilbereichen einen Druckunterschied gibt. Vorteilhaft beträgt der Druckunterschied zwischen den benachbarten Teilbereichen mindestens 20% oder mindestens 50% oder mindestens 75% vom Ausgangsdruck, wobei der Ausgangsdruck der Druck in dem Teilbereich ist, der von den beiden Teilbereichen den höheren Druck aufweist. Bevorzugt ist der Druckteiler eine Drossel. Besonders vorteilhaft ist der Druckteiler als Radialdichtung ausgebildet. Der Druckteiler kann fluidverbunden sein mit dem hier offenbarten mindestens einen Luftlager und mit dem hier offenbarten Laufrad, so dass Luft zum Kühlen des Luftlagers über den Druckteiler zuführbar bzw. abführbar ist.At least one impeller can be provided at least one pressure divider. Alternatively or additionally, the at least one impeller can form the at least one pressure divider. The pressure divider is a device which divides a flow path into two adjacent subregions; where there is a pressure difference between these subregions. Advantageously, the pressure difference between the adjacent subregions amounts to at least 20% or at least 50% or at least 75% of the outlet pressure, the outlet pressure being the pressure in the partial area which has the higher pressure of the two partial areas. Preferably, the pressure divider is a throttle. Particularly advantageously, the pressure divider is designed as a radial seal. The pressure divider may be fluidly connected to the disclosed here at least one air bearing and the impeller disclosed herein, so that air for cooling the air bearing via the pressure divider is fed or discharged.
Der Druckteiler kann derart angeordnet und ausgebildet sein, dass sich auf die Welle einwirkende Kräfte in axialer Richtung zumindest zu 80% oder im Wesentlichen ganz aufheben. Hierzu kann
- i) der radiale Abstand zwischen der Oberfläche der Welle und dem Druckteiler; und/oder
- ii) der durch den Druckteiler verursachte Druckunterschied zwischen den Teilbereichen unmittelbar benachbart zum Druckteiler
- i) the radial distance between the surface of the shaft and the pressure divider; and or
- ii) the pressure difference between the subregions immediately adjacent to the pressure divider caused by the pressure divider
Insbesondere können sich die auf die Welle einwirkenden Kräfte in axialer Richtung zumindest zu 80% oder im Wesentlichen ganz aufheben bei
- a) einer Drehzahl vom Laufrad, die ca. 80% bis 100% der Maximaldrehzahl des Laufrads beträgt; und/oder
- b) bei einem Druck am (radialen) Laufradausgang, der ca. 80% bis 100% vom maximalen (Förder)Druck der Strömungsmaschine beträgt.
- a) a speed of the impeller, which is about 80% to 100% of the maximum speed of the impeller; and or
- b) at a pressure at the (radial) impeller outlet, which is approximately 80% to 100% of the maximum (delivery) pressure of the turbomachine.
Die Maximaldrehzahl des Laufrads kann beispielsweise 170.000 U/min oder 130.000 U/min betragen. Der maximale Förderdruck kann beispielsweise 2 bar oder 3 bar oder mehr (Absolutdruck) betragen. Das Druckverhältnis der Strömungsmaschine kann beispielsweise 2 oder 3 oder mehr betragen.The maximum speed of the impeller may be, for example, 170,000 rpm or 130,000 rpm. The maximum delivery pressure may be, for example, 2 bar or 3 bar or more (absolute pressure). The pressure ratio of the turbomachine may be, for example, 2 or 3 or more.
Der Druckteiler ist zweckmäßig beabstandet zur Welle angeordnet. Der radiale Abstand beträgt bevorzugt
- - ca. 20% bis 100% oder
- - ca. 50% bis 100% oder
- - ca. 75% bis 100%
- - about 20% to 100% or
- - about 50% to 100% or
- - about 75% to 100%
Der Druckteiler kann an der Rückseite und/oder am Umfangsrand, insbesondere dessen Außenumfangsfläche, des Laufrads vorgesehen sein. Der Druckteiler kann alternativ oder zusätzlich durch die Rückseite und/oder durch den Umfangsrand, insbesondere dessen Außenumfangsfläche, mit ausgebildet werden.The pressure divider may be provided on the rear side and / or on the peripheral edge, in particular its outer circumferential surface, of the impeller. The pressure divider may alternatively or additionally be formed by the rear side and / or by the peripheral edge, in particular its outer peripheral surface.
Zumindest ein Teil vom Druckteiler kann auf einem axialen Vorsprung der Rückseite angeordnet sein und/oder der axiale Vorsprung kann den Druckteiler mit ausbilden. Der Vorsprung kann beispielsweise von der Rückseitenoberfläche abstehen. Vorteilhaft kann der Vorsprung ausgebildet werden durch eine Ausnehmung, die am radialen Außenumfang vom Laufrad beginnt und sich zur Längsachse des Laufrads bzw. der Welle hin erstreckt. Eine Wand dieser Ausnehmung kann eine Umfangswand sein, die einen geringeren Durchmesser aufweist als der Außenumfang vom Laufrad. Auf dieser Umfangswand kann der Druckteiler in Form einer Radialdichtung angebracht sein. Neben der axialen Anordnung mit kann die Ausführung auch radial erfolgen in dem Laufradrückseite und eine Axialdichtung den Druckteiler darstellen.At least a part of the pressure divider can be arranged on an axial projection of the back and / or the axial projection can form the pressure divider with. For example, the protrusion may protrude from the back surface. Advantageously, the projection can be formed by a recess which starts at the radial outer periphery of the impeller and extends to the longitudinal axis of the impeller or the shaft. A wall of this recess may be a peripheral wall having a smaller diameter than the outer periphery of the impeller. On this peripheral wall of the pressure divider may be mounted in the form of a radial seal. In addition to the axial arrangement with the execution can also be done radially in the impeller back and an axial seal represent the pressure divider.
Prinzipiell kann auch ein separat zum Laufrad ausgebildeter Druckteiler vorgesehen sein. Dadurch würde sich jedoch die Länge der Achse erhöhen.In principle, a separately formed to the impeller pressure divider may be provided. However, this would increase the length of the axis.
Die Strömungsmaschine kann mindestens ein Luftlager zur Lagerung der mindestens einen Welle umfassen. Luftlager sind Lager, bei denen die beiden zueinander bewegten Lagerungspartner durch einen dünnen Luftfilm getrennt sind. Bevorzugt ist das mindestens eine Luftlager ein aerodynamisches Lager, das das Luftpolster durch die Bewegung selbst aufbaut. Bevorzugt umfasst die Strömungsmaschine mindestens ein Axial-Luftlager und mindestens ein Radial-Luftlager. Axial-Luftlager bzw. Längslager sind ausgebildet, Bewegungen der Welle in axialer Richtung zu behindern. Radial-Luftlager behindern indes die Bewegung der Welle in radialer Richtung. Ebenfalls ist vorstellbar, dass ein kombiniertes Lager ein Axial-Lager und ein Radial-Lager umfasst. In einer Ausgestaltung kann der Luftspalt mit einer Volute des Verdichters fluidverbunden sein. Vorteilhaft wird die Volute durch das Verdichtergehäuse ausgebildet. Somit kann die Luft aus der Verdichtereinheit direkt in das Luftlager strömen, insbesondere um die Wärme weg zu transportieren. The turbomachine may comprise at least one air bearing for supporting the at least one shaft. Air bearings are bearings in which the two mutually moving storage partners are separated by a thin film of air. Preferably, the at least one air bearing is an aerodynamic bearing which builds up the air cushion by the movement itself. The turbomachine preferably comprises at least one axial air bearing and at least one radial air bearing. Axial air bearings or longitudinal bearings are designed to hinder movements of the shaft in the axial direction. However, radial air bearings hinder the movement of the shaft in the radial direction. It is also conceivable that a combined bearing comprises an axial bearing and a radial bearing. In one embodiment, the air gap may be fluidly connected to a volute of the compressor. Advantageously, the volute is formed by the compressor housing. Thus, the air from the compressor unit can flow directly into the air bearing, in particular to transport the heat away.
Gemäß der hier offenbarten Technologie kann die Rückseite eines Laufrads eine luftumströmte Fläche des Axial-Luftlagers ausbilden. Die luftumströmte Fläche ist insbesondere eine der beiden luftumströmten Flächen, die das Luftpolster des Axial-Luftlagers ausbilden. Bevorzugt bilden zwei Laufräder (Verdichterrad und Turbinenrad) das Luftpolster des Axial-Luftlagers aus. Die Rückseiten der Laufräder, insbesondere deren erste luftumströmte Fläche und zweite luftumströmte Fläche, können einander gegenüberliegend angeordnet sein. Die Rückseiten, insbesondere deren erste luftumströmte Fläche und zweite luftumströmte Fläche, können im Wesentlichen kreisringförmig ausgebildet sein. Der Begriff „im Wesentlichen“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Rückseiten/Flächen kreisringförmig sind oder nur im für die Funktion unerheblichen Maße von der Kreisringform abweichen, beispielsweise aufgrund von Fertigungstoleranzen.According to the technology disclosed herein, the back of an impeller may form an air-flow surface of the axial-air bearing. The area around which the air flows is, in particular, one of the two air-flow areas which form the air cushion of the axial air bearing. Preferably, two impellers (compressor wheel and turbine wheel) form the air cushion of the axial air bearing. The rear sides of the wheels, in particular their first air-flow area and second air-flow area, may be arranged opposite one another. The rear sides, in particular their first air-flow area and the second air-flow area, may be substantially annular. The term "substantially" in this context means that the backs / surfaces are annular or only deviate from the circular ring shape in dimensions which are insignificant for the function, for example due to manufacturing tolerances.
Die Rückseite vom Laufrad, insbesondere dessen luftumströmte Fläche, kann jeweils mit einem nach außen weisenden Gehäuseabschnitt des Gehäuses einen Luftspalt ausbilden. Bevorzugt kann der Gehäuseabschnitt ein Abschnitt vom Antriebsgehäuse sein. Die Rückseiten vom Verdichterrad und vom Turbinenrad, insbesondere deren erste luftumströmte Fläche und zweite luftumströmte Fläche, können im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse A-A der Welle verlaufen. Zweckmäßig verläuft der Gehäuseabschnitt im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Welle. Der Begriff „im Wesentlichen senkrecht“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Flächen und Abschnitte senkrecht verlaufen oder nur im für die Funktion unerheblichen Maße davon abweichen, beispielsweise aufgrund von Fertigungstoleranzen. Der Luftspalt bildet das Luftpolster des Luftlagers aus. Bevorzugt weist im Betrieb der Luftspalt eine Spaltbreite auf von maximal 1 mm oder maximal 2 mm oder maximal 5 mm. The rear side of the impeller, in particular its air-flow area, can each form an air gap with an outwardly facing housing portion of the housing. Preferably, the housing portion may be a portion of the drive housing. The rear sides of the compressor wheel and the turbine wheel, in particular their first air-flow area and the second air-flow area, can run substantially perpendicular to the longitudinal axis A-A of the shaft. Suitably, the housing portion extends substantially perpendicular to the longitudinal axis of the shaft. The term "substantially perpendicular" in this context means that the surfaces and sections are perpendicular or differ only in their insignificant dimensions for the function, for example due to manufacturing tolerances. The air gap forms the air cushion of the air bearing. During operation, the air gap preferably has a gap width of a maximum of 1 mm or a maximum of 2 mm or a maximum of 5 mm.
Das hier offenbarte Kraftfahrzeug kann ferner mindestens einen Ladeluftkühler umfassen, der eingerichtet ist, die verdichtete Luft zu kühlen. Der Ladeluftkühler ist stromauf vom mindestens einen Energiewandler angeordnet. Prinzipiell können unterschiedlichste Geometrien (Plattenwärmetauscher, Rohrwärmetauscher, etc.) und Strömungsvarianten (Gegenstrom, Gleichstrom, Kreuzstrom, etc.) im Wärmeübertrager umgesetzt sein. Bevorzugt weist der Ladeluftkühler mindestens zwei Strömungspfade auf: einen ersten Strömungspfad für den Brennstoff bzw. das Kühlmittel und einen zweiten Strömungspfad für die verdichtete Luft.The motor vehicle disclosed herein may further include at least one charge air cooler configured to cool the compressed air. The charge air cooler is arranged upstream of the at least one energy converter. In principle, a wide variety of geometries (plate heat exchangers, tube heat exchangers, etc.) and flow variants (countercurrent, DC, cross flow, etc.) can be implemented in the heat exchanger. Preferably, the charge air cooler has at least two flow paths: a first flow path for the fuel or the coolant and a second flow path for the compressed air.
Das Kraftfahrzeug, insbesondere das hier offenbarte Brennstoffzellensystem, kann mindestens einen Strömungsmaschinen-Strömungspfad umfassen, der in einer Ausgestaltung stromab vom Ladeluftkühler vom Energiewandler-Zuströmungspfad abzweigt und in die Strömungsmaschine ohne Beimischung von Abgas aus dem Energiewandler mündet, so dass verdichtete und anschließend gekühlte Luft stromauf vom Energiewandler abgezweigt und direkt der Strömungsmaschine, insbesondere dem mindestens einem Luftlager zuführbar ist. Ohne Beimischung von Abgas aus dem Energiewandler bedeutet in diesem Zusammenhang, dass abgasfreie (Frisch)Luft der Strömungsmaschine, insbesondere dem Antriebsgehäuse, zugeführt wird. Vorteilhaft wird durch diesen Strömungspfad verdichtete und gekühlte Frischluft der Strömungsmaschine insbesondere zur Kühlung vom elektrischen Antrieb und/oder vom Luftlager zugeführt. Die Frischluft ist vergleichsweise trocken und frei von Brennstoffrückständen (z.B. frei von Wasserstoff), so dass der elektrische Antrieb und/oder die Luftlager geschont werden. Im Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad kann ein Wärmetauscher vorgesehen sein, z.B. ein Gas-Flüssig-Wärmetauscher bzw. Flüssig-Gas-Wärmetauscher. The motor vehicle, in particular the fuel cell system disclosed here, can comprise at least one turbomachine flow path, which in an embodiment branches off from the energy converter inflow path downstream of the charge air cooler and opens into the turbomachine without admixing exhaust gas from the energy converter, so that compressed and subsequently cooled air flows upstream branched off from the energy converter and directly to the turbomachine, in particular the at least one air bearing can be fed. Without admixture of exhaust gas from the energy converter means in this context that exhaust-free (fresh) air of the turbomachine, in particular the drive housing, is supplied. Advantageously, through this flow path, compressed and cooled fresh air is supplied to the turbomachine in particular for cooling by the electric drive and / or by the air bearing. The fresh air is relatively dry and free of fuel residues (eg, free of hydrogen), so that the electric drive and / or the air bearings are spared. In the turbomachine inflow path, a heat exchanger may be provided, for example a Gas-liquid heat exchanger or liquid-gas heat exchanger.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner eine Einrichtung zur Befeuchtung der Luft. Beispielsweise kann hierzu Wasser in den Energiewandler-Zuströmungspfad eingespritzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann jede Art von Befeuchter mit Feuchtigkeitsaustauschflächen vorgesehen sein, z.B. Membranbefeuchter mit Flachmembranen und/oder Hohlfasern. Bevorzugt kann der Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad stromauf von der Einrichtung zur Befeuchtung der Luft vorgesehen sein.The technology disclosed herein further relates to a device for humidifying the air. For example, for this purpose, water can be injected into the energy converter inflow path. Alternatively or additionally, any type of humidifier with moisture exchange surfaces may be provided, e.g. Membrane humidifier with flat membranes and / or hollow fibers. Preferably, the turbomachine inflow path may be provided upstream of the means for humidifying the air.
Die hier offenbarte Strömungsmaschine kann ferner mindestens einen Innenbereich umfassen, der in einem vom Turbinengehäuse abgetrennten Gehäusebereich vorgesehen sein kann. Bevorzugt ist der Innenbereich im Antriebsgehäuse vorgesehen. Der Innenbereich ist fluidverbunden bzw. fluidverbindbar mit einem verdichteten Frischluftpfad, insbesondere mit dem hier offenbarten Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad, der stromab vom Ladeluftkühler abzweigen kann. Zweckmäßig ist in dieser direkten Fluidverbindung zwischen Energiewandler-Zuströmungspfad und Innenbereich kein Laufrad angeordnet. Die Luft im vom Turbinengehäuse abgetrennten Gehäusebereich ist separiert vom Abgas der Turbine, welches einen höheren Feuchtegehalt aufweist als die dem Innenbereich zugeführte verdichtete und gekühlte Frischluft. Die Voluten der Strömungsmaschine sind nicht Bestandteil vom Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad. Die Strömungsmaschine kann derart gestaltet sein, dass mindestens ein Luftlager der Strömungsmaschine von der Luft durchströmbar ist, die durch den Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad dem Innenbereich zugeführt Luft wurde. The turbomachine disclosed herein may further include at least one interior portion that may be provided in a housing portion separated from the turbine housing. Preferably, the inner region is provided in the drive housing. The inner region is fluidly connected or fluid-connectable with a compressed fresh air path, in particular with the turbomachine inflow path disclosed here, which can branch off downstream of the charge air cooler. Expediently, no impeller is arranged in this direct fluid connection between the energy converter inflow path and the inner region. The air in the housing area separated from the turbine housing is separated from the exhaust gas of the turbine, which has a higher moisture content than the compressed and cooled fresh air supplied to the interior area. The volutes of the turbomachine are not part of the turbomachine inflow path. The turbomachine can be designed in such a way that at least one air bearing of the turbomachine can be flowed through by the air that has been supplied to the inner region through the turbomachine inflow path.
Die Strömungsmaschine kann im Innenbereich derart gestaltet sein, dass die Strömungsmaschine in einem Antriebsspalt zwischen Stator und Rotor vom elektrischen Antrieb einen Luftströmungsspalt ausbildet. Die Luftführung im Innenbereich kann bevorzugt dergestalt sein, dass der Luftströmungsspalt ausschließlich durchströmt wird von Luft, die zugeführt wird
- i) durch den Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad,
- ii) durch ein verdichterseitiges Lager, und/oder
- iii) durch den Zuströmkanal zwischen verdichterseitigen Laufradgehäuse und Innenraum.
- i) through the turbomachine inflow path,
- ii) by a compressor-side bearing, and / or
- iii) through the inflow channel between the compressor-side impeller housing and the interior.
Am Rotor, insbesondere an dessen Außenoberfläche, können (Luft)Leitelemente vorgesehen sein, die die Luftströmung im Antriebsspalt ausbilden oder zumindest unterstützen. Der Innenbereich kann mindestens zwei Kammern aufweisen. Ein Druckunterschied zwischen diesen Kammern kann die Luftströmung im Antriebsspalt ausbilden oder zumindest unterstützen.On the rotor, in particular on its outer surface, (air) guide elements can be provided, which form the air flow in the drive gap or at least support. The interior can have at least two chambers. A pressure difference between these chambers may form or at least support the flow of air in the drive gap.
Der Innenbereich kann derart ausgebildet und fluidverbunden sein mit mindestens einem Laufrad, insbesondere Turbinenrad, dass die Luft während des Betriebs der Strömungsmaschine aus dem Innenbereich ausschließlich in das und/oder entlang dem Laufrad/Laufradgehäuse ausströmt und gleichzeitig keine Luft vom Laufrad/Laufradgehäuse in den Innenbereich strömen kann. Vorteilhaft wird somit vermieden, dass feuchte Luft in den Innenbereich, insbesondere in den Luftströmungsspalt, gelangt. Somit kann die Ausfallwahrscheinlichkeit gesenkt werden. Dies muss aber nicht so sein. Beispielsweise kann sich bei dem hier offenbarten Scheibenzuströmpfad eine andere Luftströmung einstellen.The inner region can be designed and fluidly connected to at least one impeller, in particular turbine wheel, that during operation of the turbomachine the air flows out of the inner region exclusively into and / or along the impeller / impeller housing and at the same time no air from the impeller / impeller housing into the inner region can flow. It is thus advantageously avoided that moist air enters the interior, in particular into the air flow gap. Thus, the probability of failure can be reduced. But this does not have to be this way. For example, in the disk inflow path disclosed herein, a different airflow may occur.
Die Strömungsmaschine kann auch derart gestaltet sein, dass durch den Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad dem Innenbereich zugeführte Luft zunächst mindestens ein Luftlager, bevorzugt das hier offenbarte Axial-Luftlager einer/der Verdichtereinheit durchströmt, bevor die Luft in den Innenbereich gelangt. Danach kann die Luft beispielsweise durch einen Auslass im Innenbereich aus der Strömungsmaschine ausströmen, sofern die Luft nicht über das turbinenseitige Laufradgehäuse ausströmt.The turbomachine can also be configured in such a way that air supplied to the inner region by the turbomachine inflow path initially flows through at least one air bearing, preferably the axial air bearing of a compressor unit (s) disclosed herein, before the air reaches the inner region. Thereafter, the air can flow out of the turbomachine, for example, through an outlet in the inner region, as long as the air does not flow out via the turbine-side impeller housing.
Die hier offenbarte Strömungsmaschine kann insbesondere ein als Axial-Luftlager ausgebildetes Luftlager umfassen. Das Axial-Luftlager kann eine Scheibe umfassen, die drehfest verbunden ist mit der Welle. Zweckmäßig kann das Axial-Luftlager zwischen den beiden Laufrädern der Strömungsmaschine angeordnet sein. Die Strömungsmaschine kann einen Scheibenzuströmpfad für verdichtete Luft im Umfangsbereich der Scheibe aufweisen. Der Scheibenzuströmpfad kann derart im Umfangsbereich münden, dass sich im Umfangsbereich die Luft in zwei Teilströmungspfade aufteilt. Die Scheibe des Axial-Luftlagers weist zwei Seiten auf, die einander gegenüberliegend angeordnet sind. Jeweils ein Teilströmungspfad der zwei Teilströmungspfade kann durch jeweils eine Seite der Scheibe zumindest bereichsweise mit ausgebildet werden. Besonders vorteilhaft kann jeder der Teilströmungspfade kreisringförmig ausgebildet sein und sich vom Umfangsbereich der Scheibe zur Wellenmittelachse hin erstrecken. Zweckmäßig bildet jeder dieser Teilströmungspfade ein Luftpolster des Axial-Luftlagers aus. Da sich auf beiden Seiten der Scheibe gleiche Drücke einstellen, die auf gleich große Flächen einwirken, kann ein Kräftegleichgewicht an der Scheibe hergestellt werden. Besonders bevorzugt ist unmittelbar benachbart zu den beiden Seiten der Scheibe jeweils eine weitere, bevorzugt im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Welle angeordnete, Wandung vorgesehen, die jeweils zusammen mit der jeweiligen Seite der Scheibe einen Luftspalt des Axial-Luftlagers ausbildet. The turbomachine disclosed here may in particular comprise an air bearing designed as an axial air bearing. The axial air bearing may comprise a disc which is rotatably connected to the shaft. Suitably, the axial air bearing between the two wheels of the turbomachine can be arranged. The turbomachine may have a disk inflow path for compressed air in the peripheral area of the disk. The disk inflow path can open in the peripheral region in such a way that the air is divided into two partial flow paths in the peripheral region. The disc of the axial-air bearing has two sides, which are arranged opposite to each other. In each case a Teilströmungspfad the two partial flow paths can be formed by at least one side of the disc at least partially. Particularly advantageously, each of the partial flow paths can be annular and extend from the peripheral region of the disk to the shaft central axis. Suitably, each of these partial flow paths forms an air cushion of the axial air bearing. As set on both sides of the disc equal pressures acting on the same size surfaces, a balance of power can be made on the disc. Particularly preferred is immediately adjacent to the two sides of the disc each have a further, preferably arranged substantially perpendicular to the longitudinal axis of the shaft, wall provided in each case together with the respective side of the disc forms an air gap of the axial air bearing.
Die Flächen der Seiten der Scheiben sind bevorzugt so groß, dass die im Betrieb der Strömungsmaschine an die Welle angreifenden Axialkräfte von dem Axial-Luftlager aufgenommen werden können. Ein Teilströmungspfad der Teilströmungspfade kann in das turbinenseitige Laufradgehäuse münden. Vorteilhaft durchströmt die Luft dabei das turbinenseitige Luftlager und kühlt es. Ein anderer Teilströmungspfad der Teilströmungspfade kann in den Innenbereich münden und durch den im Innenbereich vorgeseheen Auslass aus den Innenbereich abströmen. Das turbinenseitige Luftlager könnte alternativ oder zusätzlich auch in diesen „anderen Teilströmungspfad“ angeordnet sein.The areas of the sides of the disks are preferably so large that the axial forces acting on the shaft during operation of the turbomachine can be absorbed by the axial air bearing. A partial flow path of the partial flow paths may open into the turbine-side impeller housing. Advantageously, the air flows through the turbine-side air bearing and cools it. Another partial flow path of the partial flow paths can open into the inner region and flow out of the inner region through the outlet provided in the inner region. The turbine-side air bearing could alternatively or additionally be arranged in this "other partial flow path".
Die hier offenbarte Strömungsmaschine kann ferner mindestens einen Kühlflüssigkeitskanal zur Kühlung der Strömungsmaschine umfassen. Ferner kann die Strömungsmaschine mindestens einen Lagerluftkühlkanal umfassen. Durch den Lagerluftkühlkanal kann Luft, insbesondere die hier offenbarte abgasfreie Luft, zur Kühlung des mindesten einen Luftlagers geführt sein. Der Lagerluftkühlkanal kann zumindest bereichsweise unmittelbar benachbart zum Kühlflüssigkeitskanal angeordnet sein, sodass der Kühlflüssigkeitskanal und der Lagerluftkühlkanal einen Wärmetauscher bilden. Prinzipiell können diese Kanäle in verschiedenen Arten von Wärmetauscher realisiert sein. Besonders bevorzugt wird als Kühlmedium Wasser eingesetzt. Unmittelbar benachbart bedeutet, dass keine weitere Komponente/Funktionsbauteil dazwischen angeordnet ist. Bevorzugt teilen sich Kühlflüssigkeitskanal und Lagerluftkühlkanal zumindest bereichsweise eine Wand bzw. werden durch die gemeinsame Wand voneinander getrennt.The turbomachine disclosed here can furthermore comprise at least one cooling liquid channel for cooling the turbomachine. Furthermore, the turbomachine may comprise at least one bearing air cooling channel. Through the bearing air cooling passage, air, in particular the exhaust-free air disclosed here, can be guided for cooling the at least one air bearing. The bearing air cooling channel can be arranged at least partially directly adjacent to the cooling liquid channel, so that the cooling liquid channel and the bearing air cooling channel form a heat exchanger. In principle, these channels can be realized in different types of heat exchangers. Particular preference is given to using water as the cooling medium. Immediately adjacent means that no other component / functional component is interposed therebetween. Preferably, the cooling liquid channel and the bearing air cooling channel at least partially share a wall or are separated from each other by the common wall.
Der Kühlflüssigkeitskanal kann eingerichtet sein, eine elektrische Antriebsmaschine und/oder dessen elektrische Komponenten zur Drehzahlstellung der Antriebsmaschine zumindest teilweise zu kühlen. The cooling fluid channel may be configured to at least partially cool an electric drive machine and / or its electrical components for speed setting of the drive machine.
Komponenten zur Drehzahlstellung sind beispielsweise die Leistungselektronikkomponenten eines Stromrichters, insbesondere eines Frequenzgleichrichters bzw. -Umrichters. Vorteilhaft teilen sich die elektrische Antriebsmaschine und die Komponenten zur Drehzahlstellung einen Kühlkreis. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Kühlflüssigkeitskanal am und/oder innerhalb von dem Gehäuse der Strömungsmaschine, insbesondere dem Antriebsgehäuse, vorgesehen. Gleichsam kann der Kühlflüssigkeitskanal auch im Gehäuse der Komponenten zur Drehzahlstellung vorgesehen sein. Bevorzugt sind die Komponenten zur Drehzahlstellung unmittelbar am Gehäuse der Antriebsmaschine befestigt.Components for speed setting, for example, the power electronics components of a power converter, in particular a frequency rectifier or -Umrichters. Advantageously, the electric drive machine and the components for speed setting share a cooling circuit. In a particularly preferred embodiment, the cooling liquid channel is provided on and / or within the housing of the turbomachine, in particular the drive housing. Similarly, the cooling liquid channel can also be provided in the housing of the components for speed setting. Preferably, the components for speed setting are attached directly to the housing of the drive machine.
Besonders bevorzugt können der Kühlflüssigkeitskanal und der Lagerluftkühlkanal in oder an einem Stator der elektrischen Antriebsmaschine angeordnet sein. Die Kanäle können beispielsweise an den Stator anliegen oder unmittelbar benachbart dazu angeordnet sein, sodass der Kühlflüssigkeitskanal den Stator kühlt. Besonders bevorzugt können der Kühlflüssigkeitskanal und der Lagerluftkühlkanal den Stator zumindest bereichsweise umgeben. Hierzu können jeweils ein Abschnitt vom Kühlflüssigkeitskanal und ein Abschnitt vom Lagerluftkühlkanal unmittelbar benachbart zueinander auf der Umfangsaußenfläche des Stators angeordnet sein. In einer Ausgestaltung können beide Kanäle nebeneinanderliegend spiralförmig oder mäanderförmig auf der Außenumfangsfläche des Stators ausgebildet sein.Particularly preferably, the cooling liquid channel and the bearing air cooling channel can be arranged in or on a stator of the electric drive machine. For example, the channels may abut the stator or be located immediately adjacent thereto, such that the cooling fluid channel cools the stator. Particularly preferably, the cooling liquid channel and the bearing air cooling channel can surround the stator at least partially. For this purpose, in each case a portion of the cooling liquid channel and a portion of the bearing air cooling channel can be arranged directly adjacent to each other on the circumferential outer surface of the stator. In one embodiment, both channels can be formed next to each other spirally or meandering on the outer peripheral surface of the stator.
Die hier offenbarte Strömungsmaschine kann ferner einen Verdichterabzweig aufweisen, der von einem verdichterseitigen Laufradgehäuse abzweigt. Der Verdichterabzweig zweigt bevorzugt von der Volute des verdichterseitigen Laufradgehäuses ab. Der Verdichterabzweig kann bevorzugt in den Lagerluftkühlkanal münden, bevorzugt innerhalb vom Antriebsgehäuse.The turbomachine disclosed herein may further include a compressor branch branching from a compressor-side impeller shell. The compressor branch preferably branches off from the volute of the compressor-side impeller housing. The compressor branch may preferably open into the bearing air cooling channel, preferably within the drive housing.
Vorteilhaft kann der Lagerluftkühlkanal mit dem hier offenbarten Scheibenzuströmpfad verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Lagerluftkühlkanal mit dem hier offenbarten Innenbereich fluidverbunden ist. Alternativ oder zusätzlich kann ferner vorgesehen sein, dass der Lagerluftkühlkanal fluidverbunden ist mit einer Rückseite des Verdichterrades, sodass die durch den Lagerluftkühlkanal verdichtete und gekühlte Luft zunächst durch das verdichterseitigen Luftlager strömt, bevor es in den Innenbereich gelangt.Advantageously, the bearing air cooling channel can be connected to the disk inflow path disclosed here. Alternatively or additionally, it can be provided that the bearing air cooling channel is fluid-connected to the interior area disclosed here. Alternatively or additionally, it may further be provided that the bearing air cooling channel is fluidly connected to a rear side of the compressor wheel, so that the air compressed and cooled by the bearing air cooling channel first flows through the compressor-side air bearing before it reaches the inner region.
Die hier offenbarte Technologie umfasst ferner ein Kraftfahrzeug mit einem Strömungswiderstandselement. Das Strömungswiderstandselement ist eingerichtet, die Luftmenge zu begrenzen, die dem Luftlager zugeführt wird. Bevorzugt kann das Strömungswiderstandselement ein verstellbares Ventil sein. Zweckmäßig wird das Ventil von dem hier offenbarten Steuergerät angesteuert. Bevorzugt ist das Strömungswiderstandselement im Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad angeordnet. Das Ventil kann aber auch an jeder anderen geeigneten Stelle angeordnet sein, sofern es die Zufuhr von verdichteter Frischluft in den Innenbereich bzw. direkt zum Luftlager verändern kann.The technology disclosed herein further includes a motor vehicle having a flow resistance element. The flow resistance element is configured to limit the amount of air that is supplied to the air bearing. Preferably, the flow resistance element may be an adjustable valve. Suitably, the valve is controlled by the control unit disclosed here. The flow resistance element is preferably arranged in the turbomachine inflow path. The valve can also be arranged at any other suitable location, provided that it can change the supply of compressed fresh air into the interior or directly to the air bearing.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner ein Brennstoffzellensystem mit mindestens einer Brennstoffzelle. Das Brennstoffzellensystem ist beispielsweise für mobile Anwendungen wie Kraftfahrzeuge (z.B. Personenkraftwagen, Krafträder, Nutzfahrzeuge) gedacht, insbesondere zur Bereitstellung der Energie für mindestens eine Antriebsmaschine zur Fortbewegung des Kraftfahrzeugs. Das Brennstoffzellensystem umfasst ein Anodensubsystem, das von den brennstoffführenden Bauelementen des Brennstoffzellensystems ausgebildet wird. Hauptaufgabe des Anodensubsystems ist die Heranführung und Verteilung von Brennstoff an die elektrochemisch aktiven Flächen des Anodenraums und die Abfuhr von Anodenabgas. Das Brennstoffzellensystem umfasst ein Kathodensubsystem. Das Kathodensubsystem wird aus den oxidationsmittelführenden Bauelementen gebildet. Ein Kathodensubsystem kann die mindestens eine Strömungsmaschine, mindestens einen Ladeluftkühler, mindestens eine Einrichtung zur Befeuchtung, mindestens einen zum Kathodeneinlass führenden (Kathoden)zuströmungspfad, mindestens eine vom Kathodenauslass wegführende Kathodenabgaspfad, einen Kathodenraum im Brennstoffzellenstapel, sowie weitere Elemente aufweisen. Hauptaufgabe des Kathodensubsystems ist die Heranführung und Verteilung von Oxidationsmittel an die elektrochemisch aktiven Flächen des Kathodenraums und die Abfuhr von unverbrauchtem Oxidationsmittel.The technology disclosed herein further relates to a fuel cell system having at least one fuel cell. The fuel cell system is intended, for example, for mobile applications such as motor vehicles (eg passenger cars, motorcycles, commercial vehicles), in particular for providing the energy for at least one Drive machine for locomotion of the motor vehicle. The fuel cell system includes an anode subsystem formed by the fuel-bearing components of the fuel cell system. The main task of the Anodensubsystems is the introduction and distribution of fuel to the electrochemically active surfaces of the anode compartment and the removal of anode exhaust gas. The fuel cell system includes a cathode subsystem. The cathode subsystem is formed from the oxidant-carrying components. A cathode subsystem may have the at least one turbomachine, at least one charge air cooler, at least one humidification device, at least one cathode inlet path, at least one cathode exhaust path leading away from the cathode outlet, a cathode compartment in the fuel cell stack, and other elements. The main task of the cathode subsystem is the introduction and distribution of oxidant to the electrochemically active surfaces of the cathode compartment and the removal of unconsumed oxidant.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit der hier offenbarten Strömungsmaschine zum Verdichten von Frischluft.The technology disclosed herein further relates to a motor vehicle having the turbomachine disclosed herein for compressing fresh air.
Das Kraftfahrzeug kann mindestens ein Steuergerät umfassen. Das Steuergerät kann eingerichtet sein, mindestens eines der hier offenbarten Verfahren durchzuführen. Das Steuergerät kann eingerichtet sein, direkt oder indirekt den mindestens einen Wert zu erfassen, der indikativ ist für die Temperatur von mindestens einem Luftlager der Strömungsmaschine. Das Steuergerät kann ferner eingerichtet sein, die dem Luftlager bereitgestellten Luftmenge basierend auf den erfassten Wert anzupassen. Beispielsweise kann das Steuergerät hierzu ein Steuersignal an das hier offenbarte mindestens eine Ventil senden, welches daraufhin die dem mindestens einen Luftlager bereitgestellte Luftmenge verändert. The motor vehicle may comprise at least one control unit. The controller may be configured to perform at least one of the methods disclosed herein. The controller may be configured to detect, directly or indirectly, the at least one value that is indicative of the temperature of at least one air bearing of the turbomachine. The controller may be further configured to adjust the amount of air provided to the air bearing based on the sensed value. For example, the control unit for this purpose send a control signal to the at least one valve disclosed here, which then changes the amount of air provided to the at least one air bearing.
Die hier offenbarte Technologie umfasst gleichsam mehrere Verfahren zum Betreiben einer Strömungsmaschine bzw. eines Kraftfahrzeugs, bevorzugt der hier offenbarten Strömungsmaschine bzw. des hier offenbarten Kraftfahrzeugs.The technology disclosed here comprises, as it were, several methods for operating a turbomachine or a motor vehicle, preferably the turbomachine disclosed here or the motor vehicle disclosed here.
Gemäß einem Aspekt kann das Verfahren die Schritte umfassen:
- - direkt oder indirektes Erfassen von mindestens einem Wert, der indikativ für die Temperatur von dem mindestens einem Luftlager der Strömungsmaschine ist; und
- - Anpassen der dem Luftlager zur Kühlung vom Luftlager bereitgestellten Luftmenge basierend auf den erfassten Wert.
- directly or indirectly detecting at least one value indicative of the temperature of the at least one air bearing of the turbomachine; and
- - Adjusting the amount of air provided to the air bearing for cooling by the air bearing based on the detected value.
In einer Ausgestaltung ist der Wert ein Wert, der von einem Luftlager-Temperatursensor direkt erfasst wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Wert anhand der Belastung der Strömungsmaschine und anderen Messwerten berechnet werden (indirekte Erfassung). Beispielsweise kann die Temperatur der dem Lager bereitgestellten Luft ermittelt werden, um aus diesen Wert dann die Temperatur im Luftlager zu approximieren. Das Anpassen der dem Luftlager bereitgestellten Luftmenge kann beispielsweise durch das hier offenbarte Strömungswiderstandselement bzw. durch das hier offenbarte Ventil erfolgen. Besonders bevorzugt kann die zur Kühlung vom Luftlager bereitgestellte Luftmenge auch unabhängig von der Drehzahl von dem mindestens einen Laufrad bzw. der Welle variiert werden, insbesondere durch das Ventil basierend auf den erfassten Wert.In one embodiment, the value is a value that is detected directly by an air bearing temperature sensor. Alternatively or additionally, the value can be calculated on the basis of the load of the turbomachine and other measured values (indirect detection). For example, the temperature of the air provided to the bearing can be determined to then use this value to approximate the temperature in the air bearing. The adjustment of the amount of air provided to the air bearing can be done, for example, by the flow resistance element disclosed herein or by the valve disclosed herein. Particularly preferably, the amount of air provided for cooling by the air bearing can also be varied independently of the rotational speed of the at least one impeller or the shaft, in particular by the valve based on the detected value.
Das hier offenbarte Verfahren kann gemäß einem weiteren Aspekt den Schritt umfassen, wonach die dem Luftlager bereitgestellte (Frisch)Luft abgasfreie Luft ist. Mit anderen Worten enthält die bereitgestellte Luft also kein Abgas aus dem Energiewandler. Wird als Energiewandler beispielsweise ein Brennstoffzellenstapel eingesetzt, so enthält das Kathodenabgas vergleichsweise viel Feuchtigkeit, die nicht in die Lager und/oder in den Innenbereich eindringen soll. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die abgasfreie Luft im Betrieb der Strömungsmaschine von dem Innenbereich aus in das Luftlager einströmt und anschließend durch eines oder beide Laufradgehäuse der Strömungsmaschine abströmt. Hierzu kann das Verfahren den Schritt umfassen, wonach im Innenbereich während des Betriebs der Strömungsmaschine immer ein höherer Druck angelegt wird als in dem turbinenseitigen Laufradgehäuse. Somit stellt sich kontinuierlich ein Fluidstrom an Frischluft vom Innenbereich in das Turbinengehäuse ein, der den Eintritt von befeuchteten Gas in den Innenbereich und in das turbinenseitige Luftlager unterbindet.The method disclosed herein, in another aspect, may include the step of providing (fresh) air provided to the air bearing exhaust-free air. In other words, the air provided does not contain exhaust gas from the energy converter. If, for example, a fuel cell stack is used as energy converter, then the cathode exhaust gas contains comparatively much moisture, which is not intended to penetrate into the bearings and / or into the interior. This can be achieved, for example, by virtue of the fact that the exhaust-free air flows into the air bearing from the inner region during operation of the turbomachine and then flows off through one or both impeller housings of the turbomachine. For this purpose, the method may comprise the step of always applying a higher internal pressure during operation of the turbomachine than in the turbine-side impeller housing. Thus, a fluid flow of fresh air from the interior into the turbine housing continuously adjusts, preventing the entry of humidified gas into the interior and into the turbine-side air bearing.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann die dem Luftlager bereitgestellte Luft aus dem Energiewandler-Zuströmungspfad oder aus dem verdichterseitigen Laufradgehäuse abgezweigt und dem Luftlager zugeführt werden. Beispielsweise kann hierzu die verdichtete Luft durch den hier offenbarten Verdichterabzweig oder durch den Strömungsmaschine-Zuströmungspfad strömen.In another aspect, the air provided to the air bearing may be branched from the energy converter inflow path or from the compressor side impeller shell and supplied to the air bearing. For example, for this purpose, the compressed air can flow through the compressor branch disclosed here or through the turbomachine inflow path.
Gemäß einem weiteren Aspekt der hier offenbarten Technologie kann die Strömungsmaschine eine variable Turbinengeometrie mit verstellbaren Leitschaufeln aufweisen. Eine solche Strömungsmaschine mit einer variablen Turbinengeometrie ist beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer
Gemäß eines weiteren Aspektes der hier offenbarten Technologie wird die Verstellung der Leitschaufeln dazu genutzt, auf die Welle einwirkende Axialkräfte bei unterschiedlichen Drehzahlen zu kompensieren. Hierzu kann der Effekt ausgenutzt werden, dass durch Variation der Leitschaufelstellung sich die Druckverhältnisse an der Laufradvorderseite des turbinenseitigen Laufrades verändern.According to another aspect of the technology disclosed herein, the adjustment of the vanes is used to compensate for axial forces acting on the shaft at different speeds. For this purpose, the effect can be exploited that vary by varying the vane position, the pressure conditions on the impeller front of the turbine-side impeller.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung umfasst die hier offenbarte Technologie ferner ein Verfahren, bei dem der Druck in dem mindestens einen Innenbereich der Strömungsmaschine derart variiert wird, dass sich die auf die Welle einwirkenden Kräfte in axialer Richtung zumindest zu 80% oder im Wesentlichen ganz aufheben, insbesondere derart, wie es an anderer Stelle der hier offenbarten Technologie aufgezeigt wurde.In a particularly preferred embodiment, the technology disclosed here further comprises a method in which the pressure in the at least one inner region of the turbomachine is varied such that the forces acting on the shaft in the axial direction at least 80% or substantially cancel, in particular, as demonstrated elsewhere in the technology disclosed herein.
Bei einer weiteren Ausgestaltung umfasst das Verfahren den Schritt, wonach die bereitgestellte Luft vor dem Eintritt in das Luftlager gekühlt wird. Insbesondere kann die bereitgestellte Luft durch den hier offenbarten Ladeluftkühler gekühlt werden, der gleichzeitig verdichtete Luft für den Energiewandler bereitstellen kann. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise durch den hier offenbarten Kühlflüssigkeitskanal und den hier offenbarten Lagerluftkühlkanal die Luft gekühlt werden. Es sind aber auch andere Kühler zur Kühlung der bereitgestellten Luft vorstellbar.In another embodiment, the method includes the step of cooling the provided air prior to entering the air bearing. In particular, the air provided may be cooled by the intercooler disclosed herein, which may simultaneously provide compressed air to the energy converter. Alternatively or additionally, the air can be cooled, for example, by the cooling liquid channel disclosed here and the bearing air cooling channel disclosed here. But there are also other cooler for cooling the air provided conceivable.
Mit anderen Worten betrifft eine hier offenbarte Technologie einen Abgasturbolader, bei dem die beiden Seiten des Axiallagers aufgeteilt und jeweils an den Innenseiten des Verdichter- und Turbinenrads platziert werden. Die Lagerkühlung kann mit einem Bypass-Luftstrom nach dem Ladeluftkühler realisiert werden, dessen Druck höher ist als der Druck zwischen Verdichterrad/Diffusor bzw. vor dem Turbinenrad. Vorteilhaft lässt sich somit eine Welle mit einem kleineren Massenträgheitsmoment realisieren. Dadurch kann sich das Ansprechverhalten verbessern. Ferner kann somit eine steifere Welle aufgrund der geringeren Länge erzielt werden, wodurch höhere Eigenfrequenzen und somit höhere Drehzahlen möglich werden. Es werden ferner u.U. weniger Bauteile benötigt, was sich positiv auf Gewicht und Kosten auswirken kann.In other words, a technology disclosed herein relates to an exhaust gas turbocharger in which the two sides of the thrust bearing are split and placed respectively on the inside of the compressor and turbine wheels. The bearing cooling can be realized with a bypass air flow after the charge air cooler, the pressure of which is higher than the pressure between the compressor wheel / diffuser and in front of the turbine wheel. Advantageously, a shaft with a smaller mass moment of inertia can thus be realized. This can improve the response. Furthermore, thus a stiffer shaft due to the shorter length can be achieved, whereby higher natural frequencies and thus higher speeds are possible. It will also u.U. fewer components needed, which can have a positive effect on weight and costs.
Ferner betrifft eine hier offenbarte Technologie eine Kombination von Druckteiler und Verdichterrad zur Druckreduzierung auf der Radinnenseite. Dabei kann der Druck so angepasst werden, dass das Produkt mit der resultierenden Radinnenfläche dem Produkt mit dem resultierenden Druck Turbinenseite und Fläche ausgeglichen ist, um die Axialkräfte auszugleichen. Vorteilhaft kann somit eine kompaktere Bauweise mit gleichzeitiger Erhöhung der Drehzahl durch eine steifere Welle erzielt werden. Auch kann sich das Ansprechverhalten bzw. die Dynamik durch eine reduzierte Massenträgheit im Rotor verbessern. Es lassen sich somit vorteilhaft höhere Leistungsdichte realisieren. Vorteilhaft kann sich ferner eine weitere Spreizung (d.h. Minimaldrehzahl zu Maximaldrehzahl) ergeben die mit einen geringeren Leerlaufverbrauch einhergehen kann. Ferner vorteilhaft kann die Lagerbelastung verringert werden, wodurch geringere Lagerverluste durch kleineren Axiallagerdurchmesser möglich werden.Further, a technology disclosed herein relates to a combination of pressure divider and compressor wheel for reducing the pressure on the inside of the wheel. In doing so, the pressure can be adjusted so that the product with the resulting inner wheel surface is balanced with the product, with the resulting turbine side and surface pressure, to balance the axial forces. Advantageously, thus a more compact design can be achieved with a simultaneous increase in speed through a stiffer shaft. Also, the response or the dynamics can be improved by a reduced inertia in the rotor. It can thus be realized advantageously higher power density. Advantageously, further spread (i.e., minimum speed to maximum speed) may result, which may be associated with lower idle consumption. Further advantageously, the bearing load can be reduced, whereby lower bearing losses are possible by smaller thrust bearing diameter.
Ferner betrifft eine hier offenbarte Technologie eine integrierte Luftlagerkühlung, die bevorzugt auch an einem Anbaustromrichter vorgesehen sein kann. Anbaustromrichter sind bekannt, hierbei wird der Stromrichter direkt auf die Antriebsmaschine aufgesetzt. Der Vorteil besteht darin, dass sowohl die Motorphasen (z.B. über Stromschienen) als auch Kühlung und Sensoren im Stromrichter integriert sein können. Ebenso ist möglich, dass eine gemeinsame Kühlung und/oder gemeinsame Anschlüsse am Antriebsmotor vorgesehen sein können. Man benötigt daher bevorzugt nur einen Kühlungsmittel-Vorlauf, einen Rücklauf, eine Spannungsversorgung und/oder eine Kommunikationsschnittstelle.Furthermore, a technology disclosed herein relates to an integrated air bearing cooling, which may preferably also be provided on a horticultural superstructure. Mounting converters are known, here the converter is placed directly on the drive machine. The advantage is that both the motor phases (for example via busbars) and cooling and sensors can be integrated in the power converter. It is also possible that a common cooling and / or common connections can be provided on the drive motor. It is therefore preferable to use only one coolant supply, one return, one power supply and / or one communication interface.
Alternativ oder zusätzlich kann hier ein Kühler (gas/flüssig) für die Lagerkühlung in den Anbaustromrichter integriert werden, wobei dieser den gemeinsamen Kühlkreis von Stromrichter und elektrischen Antriebsmaschine verwenden kann. Hierbei kann der Kühlkörper des Stromrichters modifiziert werden und die dem Luftlager zuzuführende Luft kann wie bei einem Ladeluftkühler durch Lamellen heruntergekühlt werden.Alternatively or additionally, here a cooler (gas / liquid) can be integrated for the storage cooling in the hitch, where this can use the common cooling circuit of the converter and electric drive machine. In this case, the heat sink of the power converter can be modified and the air to be supplied to the air storage can be cooled down as by a charge air cooler by fins.
Ferner betrifft eine hier offenbarte Technologie eine variable Lagerluftkühlung. Um eine Entkopplung vom Hauptluftstrom (= Energiewandler-Zuströmungspfad) zu erzielen, kann in der Lagerluftzuleitung ein kleines Stellventil verbaut sein, welches beispielsweise im Bereich von 2 mm bis 10 mm variabel einstellbar sein kann. Dieses Ventil kann idealerweise ebenfalls im Anbaustromrichter intergiert sein. Gleichsam ist vorstellbar, dass das Stellventil woanders vorgesehen ist, beispielsweise im externen Kühler integriert oder komplett als separates externes Bauteil. Further, a technology disclosed herein relates to variable clearance cooling. In order to achieve a decoupling from the main air flow (= energy converter inflow path), a small control valve can be installed in the bearing air supply line, which can be variably adjustable, for example, in the range from 2 mm to 10 mm. This valve can ideally also be integrated in the mounted converter. Similarly, it is conceivable that the control valve is provided elsewhere, for example integrated in the external cooler or completely as a separate external component.
Die hier offenbarte Technologie kann alternativ oder zusätzlich auch durch die nachstehenden Aspekte beschrieben werden:
- 1.
Strömungsmaschine 500 für ein Kraftfahrzeug, umfassend: i) mindestens einen elektrischen Antrieb530 ; und ii)mindestens ein Laufrad 512 ,522 ;wobei das Laufrad 512 ,522 und der elektrische Antrieb530 über eineWelle 540 miteinander verbunden sind; und wobei bevorzugt am mindestens einenLaufrad 512 ,522 mindestens ein Druckteiler 567 ,568 vorgesehen sein kann und/oder wobei dasmindestens eine Laufrad 512 ,522 den mindestens einenDruckteiler 567 ,568 mit ausbilden kann. - 2.
Strömungsmaschine 500 nach Aspekt 1, wobei derDruckteiler 567 ,568 derart angeordnet und ausgebildet ist, dass sich auf dieWelle 540 einwirkende Kräfte in axialer Richtung zumindest zu 80% oder im Wesentlichen ganz aufheben. - 3.
Strömungsmaschine 500 nach Aspekt 2, wobei ein radialer Abstand dv zwischen der Oberfläche derWelle 540 und dem Druckteiler 567 ,568 so gewählt ist, dass sich die auf dieWelle 540 einwirkenden Kräfte in axialer Richtung zumindest zu 80% oder im Wesentlichen ganz aufheben. - 4.
Strömungsmaschine 500 nach einem der vorherigen Aspekte,wobei das Laufrad 512 ,522 eine Vorderseite 514 ,524 mit Luftleitelementen und eineRückseite 513 ,523 aufweist, wobei derDruckteiler 567 ,568 ander Rückseite 513 ,523 und/oder am Umfangsrand 519 desLaufrads 512 ,522 vorgesehen ist; oder wobei derDruckteiler 567 ,568 durch dieRückseite 513 ,523 und/oder durchden Umfangsrand 519 mit ausgebildet wird. - 5.
Strömungsmaschine 500 nach einem der vorherigen Aspekte, wobei zumindest einTeil vom Druckteiler 567 ,568 auf einen axialen Vorsprung511 der Rückseite 513 ,523 angeordnet und/oder wobei der axiale Vorsprungden Druckteiler 567 ,568 mit ausbildet. - 6.
Strömungsmaschine 500 nach einem der vorherigen Aspekte,wobei Druckteiler 567 ,568 eine Radialdichtung oder eine Axialdichtung ist. - 7.
Strömungsmaschine 500 nach einem der vorherigen Aspekte,wobei die Welle 540 gelagert ist durch mindestens ein Luftlager. - 8.
Strömungsmaschine 500 nach Aspekt 7, wobei derDruckteiler 567 ,568 fluidverbunden ist mit dem mindestens einen Luftlager und demmindestens einen Laufrad 512 ,522 , so dass Luft zum Kühlen des Luftlagers überden Druckteiler 567 ,568 zuführbar und/oder abführbar ist. - 9.
Strömungsmaschine 500 nach einem der vorherigen Aspekte,- i) wobei die
Rückseite 513 ,523 vonmindestens einem Laufrad 512 ,522 eine luftumströmte Fläche eines Axial-Luftlagers ausbildet; und/oder - ii) wobei eine
Scheibe 546 eines Axial-Luftlagersmit der Welle 540 zwischen zwei Laufrädern512 ,522 drehfest verbunden ist,wobei ein Scheibenzuströmpfad 539 für verdichtete Luft imUmfangsbereich der Scheibe 546 derart mündet, dass sich dort die Luft in zwei Teilströmungspfade aufteilt.
- i) wobei die
- 10.
Strömungsmaschine 500 nach einem der vorherigen Aspekte,wobei die Strömungsmaschine 500 mindestens einenKühlflüssigkeitskanal 537 aufweist, und wobei Luft zum Kühlen des mindestens einen Luftlagers durch einenLagerluftkühlkanal 538 geführt ist, der zumindest bereichsweise unmittelbar benachbart zumKühlflüssigkeitskanal 537 angeordnet ist. - 11. Kraftfahrzeug, umfassend: i)
eine Strömungsmaschine 500 nach einem der vorherigen Aspekte,wobei die Strömungsmaschine 500 eingerichtet ist, über einen Energiewandler-Zuströmungspfad 415 Luftmindestens einem Energiewandler 300 zuzuführen; und ii)einen Ladeluftkühler 420 , der eingerichtet ist, verdichtete Luft zu kühlen; wobei mindestens ein Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad 417 stromab vom Ladeluftkühler 420 vom Energiewandler-Zuströmungspfad 415 abzweigt und indie Strömungsmaschine 500 ohne Beimischung von Abgasaus dem Energiewandler 300 mündet.
I. Strömungsmaschine 500 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere nach einem der vorherigen Aspekte, wobei eineScheibe 546 eines Axial-Luftlagers der Strömungsmaschine 500 mit einerWelle 540 zwischen zwei Laufrädern512 ,522 drehfest verbunden ist;wobei ein Scheibenzuströmpfad 539 für verdichtete Luft imUmfangsbereich der Scheibe 546 mündet und sich dort die verdichtete Luft in zwei Teilströmungspfade aufteilt.- II. Strömungsmaschine nach Aspekt I., wobei die
Scheibe 546 zwei Seiten aufweist, und wobei jeweils ein Teilströmungspfad der zwei Teilströmungspfade durch jeweils einer Seite derScheibe 546 zumindest bereichsweise mit ausgebildet wird. - III. Strömungsmaschine nach Aspekt I. oder II., wobei jeder Teilströmungspfad kreisringförmig ausgebildet ist und vom Umfangsbereich zur Wellenmittelachse A-A hin verläuft.
- IV. Strömungsmaschine nach einem der vorherigen Aspekte, wobei jeder Teilströmungspfad ein Luftpolster des Axial-Luftlagers ausbildet.
- V. Strömungsmaschine nach einem der vorherigen Aspekte, wobei ein Teilströmungspfad der Teilströmungspfade in
ein turbinenseitiges Laufradgehäuse 526 mündet. - VI. Strömungsmaschine nach einem der vorherigen Aspekte,
wobei die Strömungsmaschine 500 ein Antriebsgehäuse 536 aufweist, dessen InnenbereichI1 ,I2 von einem turbinenseitigen Laufradgehäuse526 abgetrennt ist; und wobei ein anderer Teilströmungspfad der Teilströmungspfade in den InnenbereichI1 ,I2 mündet. - VII. Strömungsmaschine nach einem der vorherigen Aspekte, wobei die Strömungsmaschine der gestaltet ist, dass mindestens
ein verdichterseitiges Luftlager 512 von Luft durchströmt wird, die anschließend in den InnenbereichI1 ,I2 strömt. - VIII. Strömungsmaschine nach einem der vorherigen Aspekte, wobei der Innenbereich
I1 ,I2 fluidverbunden ist mit einem Auslass560 , durch den die Luft aus dem InnenbereichI1 ,I2 abströmt.
- (1)
Strömungsmaschine 500 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere nach einem der vorherigen Aspekte, umfassend: i) mindestens ein Luftlager zur Lagerung einerWelle 540 ; ii)mindestens einen Kühlflüssigkeitskanal 537 zur Kühlung derStrömungsmaschine 500 ; und iii)mindestens einen Lagerluftkühlkanal 538 , wobei durchden Lagerluftkühlkanal 538 die abgasfreie Luft zur Kühlung des mindestens einen Luftlagers geführt ist, wobei derLagerluftkühlkanal 538 zumindest bereichsweise unmittelbar benachbart zumKühlflüssigkeitskanal 537 angeordnet ist. - (2)
Strömungsmaschine 500 nach Aspekt (1), wobei derKühlflüssigkeitskanal 537 eingerichtet ist, eine elektrische Antriebsmaschine530 und/oder dessen elektrische Komponenten700 zur Drehzahlstellung zumindest teilweise zu kühlen. - (3)
Strömungsmaschine 500 nach Aspekt (1) oder (2), wobei derKühlflüssigkeitskanal 537 in und/oder an einem Gehäuse derStrömungsmaschine 500 vorgesehen ist. - (4) Strömungsmaschine nach einem der vorherigen Aspekte, wobei der
Kühlflüssigkeitskanal 537 und derLagerluftkühlkanal 538 in oder aneinem Stator 532 ,534 der elektrischen Antriebsmaschine 530 angeordnet sind. - (5) Strömungsmaschine nach Aspekt (4), wobei der
Kühlflüssigkeitskanal 537 und derLagerluftkühlkanal 538 den Stator 532 ,534 zumindest bereichsweise umgeben. - (6) Strömungsmaschine nach einem der vorherigen Aspekte,
wobei ein Verdichterabzweig 531 von einem verdichterseitigen Laufradgehäuse516 abzweigt und inden Lagerluftkühlkanal 538 mündet. - (7) Strömungsmaschine nach einem der vorherigen Aspekte, wobei eine
Scheibe 546 eines Axial-Luftlagersmit der Welle 540 zwischen zwei Laufrädern512 ,522 drehfest verbunden ist;wobei ein Scheibenzuströmpfad 539 fluidverbunden istmit dem Lagerluftkühlkanal 538 ; und wobei Luft imUmfangsbereich der Scheibe 546 derart mündet, dass die Luft sich dort in zwei Teilströmungspfade aufteilt. - (8) Strömungsmaschine nach einem der vorherigen Aspekte, ferner umfassend
ein Ventil 418 zur Veränderung der dem Luftlager bereitgestellten Luftmenge. - (9) Strömungsmaschine nach Aspekt (8),
wobei das Ventil 418 eingerichtet ist, die zur Kühlung vom Luftlager bereitgestellte Luftmenge auch unabhängig von derDrehzahl vom Laufrad 512 ,522 zu variieren. - (10) Strömungsmaschine nach Aspekt (8) oder (9), ferner umfassend mindestens ein Steuergerät; wobei das Steuergerät eingerichtet ist, wobei das Steuergerät eingerichtet ist, mindestens einen Wert zu erfassen, der indikativ ist für die Temperatur von dem mindestens einen Luftlager; und wobei das Steuergerät eingerichtet ist, die dem Luftlager bereitgestellten Luftmenge basierend auf den erfassten Wert zu anzupassen.
- a. Kraftfahrzeug umfassend: i)
eine Strömungsmaschine 500 , insbesondere eine Strömungsmaschine nach einem der vorherigen Aspekte,wobei die Strömungsmaschine 500 eingerichtet ist, über einen Energiewandler-Zuströmungspfad 415 Luftmindestens einem Energiewandler 300 zuzuführen; und ii)einen Ladeluftkühler 420 , der eingerichtet ist, die verdichtete Luft zu kühlen; wobei mindestens ein Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad 417 stromab vom Ladeluftkühler 420 vom Energiewandler-Zuströmungspfad 415 abzweigt und indie Strömungsmaschine 500 ohne Beimischung von Abgasaus dem Energiewandler 300 mündet. - b. Kraftfahrzeug nach Aspekt a., wobei der Strömungsmaschinen-
Zuströmungspfad 417 stromaufvon einer Einrichtung 430 zur Befeuchtung der Luft vom Energiewandler-Zuströmungspfad 415 abzweigt. - c. Kraftfahrzeug nach Aspekt a. oder b.,
wobei die Strömungsmaschine 500 einen Gehäusebereich aufweist, dessen InnenbereichI1 ,I2 von einem turbinenseitigen Laufradgehäuse526 abgetrennt ist; und wobei der InnenbereichI1 ,I2 direkt fluidverbunden ist mit dem Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad 417 . - d. Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Aspekte,
wobei die Strömungsmaschine 500 derart gestaltet ist, dass mindestens ein Luftlager der Strömungsmaschine von der durch den Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad 417 dem InnenbereichI1 ,I2 zugeführten Luft durchströmbar ist. - e. Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Aspekte, wobei der Innenbereich
I1 ,I2 derart ausgebildet und fluidverbunden ist mitmindestens einem Laufrad 512 ,522 ,insbesondere Turbinenrad 512 , dass im Innenbereich während des Betriebs der Strömungsmaschine immer ein höherer Druck vorliegt als in einem turbinenseitigen Laufradgehäuse526 . - f. Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Aspekte, wobei durch ein Strömungswiderstandselement im Strömungsmaschinen-
Zuströmungspfad 417 der Luftmassenstrom in das mindestens eine Luftlager begrenzt ist. - g. Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Aspekte, wobei eine
Scheibe 546 eines Axial-Luftlagersmit der Welle 540 zwischen zwei Laufrädern512 ,522 drehfest verbunden ist,wobei ein Scheibenzuströmpfad 539 für verdichtete Luft imUmfangsbereich der Scheibe 546 derart mündet, dass sich dort die Luft in zwei Teilströmungspfade aufteilt. - h. Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Aspekte,
wobei die Strömungsmaschine 500 mindestens einenKühlflüssigkeitskanal 537 aufweist, und wobei Luft zum Kühlen des mindestens einen Luftlagers zumindest bereichsweise zur Abkühlung der Luft unmittelbar benachbart zumKühlflüssigkeitskanal 537 geführt ist. - i. Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, umfassend die Schritte:
- - Zuführen von verdichteter Luft zu
mindestens einem Energiewandler 300 über einen Energiewandler-Zuströmungspfad 415 mittels einerStrömungsmaschine 500 ; - - Kühlen der verdichteten Luft durch einen
Ladeluftkühler 420 ; - - Abzweigen der gekühlten Luft
stromab vom Ladeluftkühler 420 und - - Zuführen der abgezweigten Luft in
die Strömungsmaschine 500 ohne Beimischung von Abgasaus dem Energiewandler 300 .
- - Zuführen von verdichteter Luft zu
- j. Verfahren nach Aspekt i., ferner umfassend den Schritt: Kühlen von mindestens einem Luftlager der
Strömungsmaschine 500 , indem die abgezweigte und zugeführte Luft von einem InnenbereichI1 ,I2 einesAntriebsgehäuses 536 der Strömungsmaschine 500 zu dem mindestens einen Luftlager transportiert wird, wobei im InnenbereichI1 ,I2 ein höherer Druck vorherrscht als in zumindest einem derLaufradgehäuse 516 ,526 . - k. Verfahren nach einem der Aspekte i. oder j., ferner umfassend die Schritte: direktes oder indirektes Erfassen eines Wertes, der indikativ für die Temperatur von mindestens einem Luftlager ist; und Anpassen der dem Luftlager bereitgestellten Luftmenge basierend auf den erfassten Wert.
- a) Verfahren, insbesondere ein Verfahren nach einem der vorangegangenen Aspekte, zum Betreiben einer Strömungsmaschine
500 (, insbesondere einer Strömungsmaschine nach einem der vorangegangenen Aspekte), eines Kraftfahrzeugs (insbesondere des hier offenbarten Kraftfahrzeugs), umfassend die Schritte:- - Erfassen von mindestens einem Wert, der indikativ für die Temperatur von mindestens einem Luftlager einer
Strömungsmaschine 500 , insbesondere der Strömungsmaschine nach einem der vorherigen Aspekte, ist; und - - Anpassen der dem Luftlager zur Kühlung vom Luftlager bereitgestellten Luftmenge basierend auf den erfassten Wert.
- - Erfassen von mindestens einem Wert, der indikativ für die Temperatur von mindestens einem Luftlager einer
- b) Verfahren nach Aspekt a), wobei die zur Kühlung vom Luftlager bereitgestellte Luftmenge auch unabhängig von der Drehzahl von
mindestens einem Laufrad 512 ,522 variierbar ist. - c) Verfahren nach Aspekt a) oder b), wobei die dem Luftlager bereitgestellte frischLuft abgasfreie Luft ist.
- d) Verfahren nach einem der vorherigen Aspekte, wobei die dem Luftlager bereitgestellte Luft aus einem Energiewandler-
Zuströmungspfad 415 oder aus einem verdichterseitigen Laufradgehäuse516 abgezweigt und dem Luftlager zugeführt wurde. - e) Verfahren nach einem der vorherigen Aspekte,
wobei die Strömungsmaschine 500 einen Gehäusebereich aufweist, dessen InnenbereichI1 ,I2 von einem turbinenseitigen Laufradgehäuse526 abgetrennt ist; und wobei die Luft imBetrieb der Strömungsmaschine 500 von dem InnenbereichI1 ,I2 aus in das Luftlager einströmt und anschließend durchein Laufradgehäuse 516 ,526 der Strömungsmaschine 500 abströmt. - f) Verfahren nach einem der vorherigen Aspekte,
wobei die Strömungsmaschine 500 eine variable Turbinengeometrie mit verstellbaren Leitschaufeln aufweist, wobei die Stellung der Leitschaufeln unter Berücksichtigung des erfassten Wertes verändert wird. - g) Verfahren nach einem der vorherigen Aspekte, ferner umfassend den Schritt, wonach die bereitgestellte Luft vor dem Eintritt in das Luftlager gekühlt wird.
- h) Verfahren nach Aspekt g), wobei die bereitgestellte Luft durch einen Ladeluftkühler
420 gekühlt wird, wobei der Ladeluftkühler420 gleichzeitig verdichtete Luft für einen Energiewandler300 bereitstellt.
- 1.
Turbomachine 500 for a motor vehicle, comprising: i) at least oneelectric drive 530 ; and ii) at least oneimpeller 512 .522 ; theimpeller 512 .522 and theelectric drive 530 over awave 540 connected to each other; and wherein preferably at least oneimpeller 512 .522 at least onepressure divider 567 .568 may be provided and / or wherein the at least oneimpeller 512 .522 the at least onepressure divider 567 .568 can train with. - 2.
Turbomachine 500 according toaspect 1, wherein thepressure divider 567 .568 is arranged and formed on theshaft 540 acting forces in the axial direction at least 80% or substantially cancel altogether. - 3.
Turbomachine 500 according to aspect 2, wherein a radial distance dv between the surface of theshaft 540 and thepressure divider 567 .568 chosen so that the on theshaft 540 acting forces in the axial direction at least 80% or substantially cancel altogether. - 4.
Turbomachine 500 according to one of the previous aspects, wherein theimpeller 512 .522 afront side 514 .524 with air deflectors and aback 513 .523 having, wherein thepressure divider 567 .568 at theback 513 .523 and / or at theperipheral edge 519 of theimpeller 512 .522 is provided; or wherein thepressure divider 567 .568 through theback 513 .523 and / or by theperipheral edge 519 is trained with. - 5.
Turbomachine 500 according to one of the preceding aspects, wherein at least a part of thepressure divider 567 .568 on anaxial projection 511 the back513 .523 arranged and / or wherein the axial projection of thepressure divider 567 .568 with trains. - 6.
Turbomachine 500 according to one of the previous aspects, whereinpressure divider 567 .568 a radial seal or an axial seal is. - 7.
Turbomachine 500 according to one of the previous aspects, thewave 540 is stored by at least one air bearing. - 8.
Turbomachine 500 according to aspect 7, wherein thepressure divider 567 .568 fluidly connected to the at least one air bearing and the at least oneimpeller 512 .522 , allowing air to cool the air bearing via thepressure divider 567 .568 can be supplied and / or discharged. - 9.
Turbomachine 500 according to one of the previous aspects,- i) where the
back 513 .523 of at least oneimpeller 512 .522 forms an air-flow area of an axial-air bearing; and or - ii) where a
disc 546 an axial bearing with theshaft 540 between twowheels 512 .522 rotatably connected, wherein adisk inflow path 539 for compressed air in the peripheral region of thedisc 546 so flows that there divides the air into two partial flow paths.
- i) where the
- 10.
Turbomachine 500 according to one of the previous aspects, wherein theturbomachine 500 at least one coolingliquid channel 537 and wherein air for cooling the at least one air bearing through a bearingair cooling passage 538 is guided, the at least partially directly adjacent to the coolingliquid channel 537 is arranged. - 11. A motor vehicle, comprising: i) a
turbomachine 500 according to one of the previous aspects, wherein theturbomachine 500 is established via an energyconverter inflow path 415 Air at least oneenergy converter 300 supply; and ii) acharge air cooler 420 which is designed to cool compressed air; wherein at least oneturbomachine inflow path 417 downstream from theintercooler 420 from the energyconverter inflow path 415 branches off and into theturbomachine 500 without admixture of exhaust gas from theenergy converter 300 empties.
-
I. Turbomachine 500 for a motor vehicle, in particular according to one of the preceding aspects, wherein adisc 546 an axial-air bearing of theturbomachine 500 with awave 540 between twowheels 512 .522 rotatably connected; being adisk inflow path 539 for compressed air in the peripheral region of thedisc 546 opens and there the compressed air is divided into two partial flow paths. - II. Turbomachine according to aspect I., wherein the
disc 546 has two sides, and wherein in each case a partial flow path of the two partial flow paths through each side of thedisc 546 at least partially formed with. - III. Turbomachine according to aspect I. or II., Wherein each partial flow path annular is formed and extends from the peripheral area to the shaft center axis AA out.
- IV. Turbomachine according to one of the preceding aspects, wherein each partial flow path forms an air cushion of the axial air bearing.
- V. Turbomachine according to one of the preceding aspects, wherein a partial flow path of the partial flow paths in a turbine-
side impeller housing 526 empties. - VI. Turbomachine according to one of the preceding aspects, wherein the turbomachine
500 adrive housing 536 has, its interiorI1 .I2 from a turbine-side impeller housing 526 is separated; and wherein another partial flow path of the partial flow paths into the inner regionI1 .I2 empties. - VII. Turbomachine according to one of the preceding aspects, wherein the turbomachine is designed such that at least one compressor-
side air bearing 512 is traversed by air, which subsequently into the interiorI1 .I2 flows. - VIII. Turbomachine according to one of the preceding aspects, wherein the interior
I1 .I2 fluidly connected to an outlet560 through which the air from the interiorI1 .I2 flows.
- (1)
Turbomachine 500 for a motor vehicle, in particular according to one of the preceding aspects, comprising: i) at least one air bearing for supporting ashaft 540 ; ii) at least one coolingliquid channel 537 for cooling theturbomachine 500 ; and iii) at least one bearingair cooling channel 538 , wherein through the bearingair cooling channel 538 the exhaust-free air is guided for cooling the at least one air bearing, wherein the bearingair cooling channel 538 at least in regions directly adjacent to the coolingliquid channel 537 is arranged. - (2)
Turbomachine 500 according to aspect (1), wherein the coolingliquid channel 537 is set up, anelectric drive machine 530 and / or itselectrical components 700 to cool the speed setting at least partially. - (3)
Turbomachine 500 according to aspect (1) or (2), wherein the coolingliquid channel 537 in and / or on a housing of theturbomachine 500 is provided. - (4) Turbomachine according to one of the preceding aspects, wherein the cooling
liquid channel 537 and the bearingair cooling channel 538 in or on astator 532 .534 theelectric drive machine 530 are arranged. - (5) Turbomachine according to aspect (4), wherein the cooling
liquid channel 537 and the bearingair cooling channel 538 thestator 532 .534 surrounded at least in certain areas. - (6) Turbomachine according to one of the preceding aspects, wherein a
compressor branch 531 from a compressor-side impeller housing 516 branches off and into the bearingair cooling channel 538 empties. - (7) Turbomachine according to one of the preceding aspects, wherein a
disc 546 an axial bearing with theshaft 540 between twowheels 512 .522 rotatably connected; being adisk inflow path 539 fluidly connected to the bearingair cooling channel 538 ; and wherein air in the peripheral region of thedisc 546 so flows that the air there is divided into two partial flow paths. - (8) Turbomachine according to one of the preceding aspects, further comprising a
valve 418 for changing the amount of air provided to the air bearing. - (9) Turbomachine according to aspect (8), wherein the
valve 418 is set up, the amount of air provided by the air bearing for cooling also independent of the speed of theimpeller 512 .522 to vary. - (10) The turbomachine according to aspect (8) or (9), further comprising at least one controller; wherein the controller is configured, the controller being configured to detect at least one value indicative of the temperature of the at least one air bearing; and wherein the controller is configured to adjust the amount of air provided to the air bearing based on the detected value.
- a. Motor vehicle comprising: i) a
turbomachine 500 , in particular a turbomachine according to one of the preceding aspects, wherein theturbomachine 500 is established via an energyconverter inflow path 415 Air at least oneenergy converter 300 supply; and ii) acharge air cooler 420 which is designed to cool the compressed air; wherein at least oneturbomachine inflow path 417 downstream from theintercooler 420 from the energyconverter inflow path 415 branches off and into theturbomachine 500 without admixture of exhaust gas from theenergy converter 300 empties. - b. Motor vehicle according to aspect a., Wherein the
turbomachine inflow path 417 upstream of afacility 430 for humidifying the air from the energyconverter inflow path 415 branches. - c. Motor vehicle according to aspect a. or b., wherein the
turbomachine 500 has a housing portion whose interiorI 1 .I 2 from a turbine-side impeller housing 526 is separated; and where the interior areaI 1 .I 2 is directly fluidly connected to theturbomachine inflow path 417 , - d. Motor vehicle according to one of the preceding aspects, wherein the
turbomachine 500 is designed such that at least one air bearing of the turbomachine from the through theturbomachine inflow path 417 the interiorI 1 .I 2 supplied air can be flowed through. - e. Motor vehicle according to one of the previous aspects, wherein the interior
I 1 .I 2 is formed and fluidly connected with at least oneimpeller 512 .522 , inparticular turbine wheel 512 in that a higher pressure is always present in the interior during operation of the turbomachine than in a turbine-side impeller housing 526 , - f. Motor vehicle according to one of the preceding aspects, wherein by a flow resistance element in the
turbomachine inflow path 417 the air mass flow is limited in the at least one air bearing. - G. Motor vehicle according to one of the preceding aspects, wherein a
disc 546 an axial bearing with theshaft 540 between twowheels 512 .522 rotatably connected, wherein adisk inflow path 539 for compressed air in the peripheral region of thedisc 546 so flows that there divides the air into two partial flow paths. - H. Motor vehicle according to one of the preceding aspects, wherein the
turbomachine 500 at least one coolingliquid channel 537 and wherein air for cooling the at least one air bearing at least partially for cooling the air immediately adjacent to the coolingliquid channel 537 is guided. - i. Method for operating a motor vehicle, comprising the steps:
- - Supply of compressed air to at least one
energy converter 300 via an energyconverter inflow path 415 by means of aturbomachine 500 ; - - Cooling the compressed air through a
charge air cooler 420 ; - - Branching the cooled air downstream of the
intercooler 420 and - - Supplying the branched air in the
turbomachine 500 without admixture of exhaust gas from theenergy converter 300 ,
- - Supply of compressed air to at least one
- j. The method of aspect i., Further comprising the step of: cooling at least one air bearing of the
turbomachine 500 by removing the diverted and supplied air from an interior areaI 1 .I 2 adrive housing 536 theturbomachine 500 is transported to the at least one air bearing, wherein indoorsI 1 .I 2 a higher pressure prevails than in at least one of theimpeller housings 516 .526 , - k. Method according to one of the aspects i. or j., further comprising the steps of: directly or indirectly detecting a value indicative of the temperature of at least one air bearing; and adjusting the amount of air provided to the air bearing based on the detected value.
- a) method, in particular a method according to one of the preceding aspects, for operating a turbomachine
500 (in particular a turbomachine according to one of the preceding aspects) of a motor vehicle (in particular of the motor vehicle disclosed here), comprising the steps:- - Detecting at least one value indicative of the temperature of at least one air bearing of a
turbomachine 500 , in particular the turbomachine according to one of the preceding aspects, is; and - - Adjusting the amount of air provided to the air bearing for cooling by the air bearing based on the detected value.
- - Detecting at least one value indicative of the temperature of at least one air bearing of a
- b) Method according to aspect a), wherein the air quantity provided for cooling by the air bearing also independent of the speed of at least one
impeller 512 .522 is variable. - c) Method according to aspect a) or b), wherein the fresh air provided to the air bearing is exhaust-free air.
- d) The method of any preceding aspect, wherein the air provided to the air bearing is from an energy
converter inflow path 415 or from a compressor-side impeller housing 516 was diverted and fed to the air bearing. - e) Method according to one of the preceding aspects, wherein the
turbomachine 500 has a housing portion whose interiorI 1 .I 2 from a turbine-side impeller housing 526 is separated; and wherein the air during operation of theturbomachine 500 from the interiorI1 .I2 flows out into the air bearing and then through animpeller housing 516 .526 theturbomachine 500 flows. - f) Method according to one of the preceding aspects, wherein the turbomachine
500 a variable turbine geometry with adjustable vanes, wherein the position of the Guide vanes is changed taking into account the detected value. - g) The method of any preceding aspect, further comprising the step of cooling the provided air prior to entering the air bearing.
- h) Method according to aspect g), wherein the air provided by a
charge air cooler 420 is cooled, theintercooler 420 simultaneously compressed air for anenergy converter 300 provides.
Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Ansicht eines Brennstoffzellensystems; -
2 eine schematische Querschnittsansicht durch dieStrömungsmaschine 500 ; -
3 eine schematische Querschnittsansicht durch eine weitereStrömungsmaschine 500 ; -
4 bis6 eine schematische Querschnittsansicht eines alternativen Turbinenrades sowie die sich dann einstellenden Druckverläufe; für dieStrömungsmaschine 500 gemäß der3 ; -
7 bis8 weitere schematische Querschnittsansichten durch weitereStrömungsmaschine 500 ; und -
9 und10 weitere schematische Ansichten von hier offenbarten Strömungsmaschine
-
1 a schematic view of a fuel cell system; -
2 a schematic cross-sectional view through theturbomachine 500 ; -
3 a schematic cross-sectional view through anotherturbomachine 500 ; -
4 to6 a schematic cross-sectional view of an alternative turbine wheel and then adjusting pressure gradients; for theturbomachine 500 according to the3 ; -
7 to8th further schematic cross-sectional views through anotherturbomachine 500 ; and -
9 and10 further schematic views of here disclosed turbomachine
Die
Die
Die Strömungsmaschine
Ferner gezeigt sind kathodenseitige Stapel-Absperrventile 470,480, die ebenso vorgesehen sein können wie der Bypass
Die hier gezeigte Strömungsmaschine
Im Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad
Die
Zwischen der Verdichtereinheit
Nicht gezeigt ist hier die Mündung vom Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad
Die
Ebenso kann der Druckteiler
Der Druck ist hier über den Strömungswiderstand im Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad
- a) geringer ist als der Druck am
Ausgang des Verdichterrads 512 und - b) größer ist als der Druck in der Volute
V520 der Turbine. Vorteilhaft werden somit alle Luftlager mit vergleichsweise trockener Luft gekühlt. Insbesondere kann somit keine Feuchtigkeit aus der Turbine in den InnenbereichI1 ,I2 eindringen. Gleichsam könnte hier aber auch eine Luftströmung im InnenbereichI1 ,I2 erzeugt werden, wie sie in Verbindung mit den2 ,7 und8 offenbart ist.
- a) is lower than the pressure at the outlet of the
compressor wheel 512 and - b) is greater than the pressure in the volute
V 520 the turbine. Advantageously, all air bearings are cooled with comparatively dry air. In particular, therefore, no moisture from the turbine in the interiorI 1 .I 2 penetration. At the same time, however, there could also be an air flow in the interiorI 1 .I 2 be generated as they are in connection with the2 .7 and8th is disclosed.
Als axiale Lagerung kann das hier offenbarte Axial-Luftlager oder aber auch jedes geeignete andere Axial-Lager eingesetzt werden. Insbesondere kann auch das hier offenbarte Axial-Lager mit einem Scheibenzuströmpfad vorgesehen sein (vgl.
Die
Die
Die
Die in den
Die
Die
Die
Die
Die hier offenbarten Aspekte, insbesondere hinsichtlich
- i) den hier offenbarten Strömungsmaschinen-
Zuströmungspfad 417 ; - ii) des hier offenbarten Verdichterabzweig 531
- iii) der hier offenbarten besonderen Ausgestaltung vom Axial-Luftlager
mit der Scheibe 546 oder alternativ von den Laufradrückseiten mit ausgebildete Scheibe sowie deren jeweils spezifische Anströmung; - iv) des hier offenbarten Verfahrens zur Lagerluftkühlung abhängig von der Temperatur;
- v) die hier offenbarte Lagerluftführung, insbesondere im Innenbereich
I1 ,I2 ; - vi) den
hier offenbarten Kühlflüssigkeitskanal 537 und den hieroffenbarten Lagerluftkühlkanal 538 ; - vii) des hier offenbarten Druckteilers
567 ,568 und die damit verbundene Kompensation von Axialkräften; sind jeweils funktional unabhängig voneinander. Gleichwohl stellt deren Kombination eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung dar.
- i) the turbomachine inflow path disclosed herein
417 ; - ii) the
compressor branch 531 disclosed herein - iii) the particular embodiment disclosed herein of the axial air bearing with the
disc 546 or alternatively of the impeller backs with trained disc and their respective specific flow; - iv) the method of storage air cooling disclosed herein, depending on the temperature;
- v) the bearing air guide disclosed here, in particular in the interior
I 1 .I 2 ; - vi) the coolant channel disclosed herein
537 and the bearing air cooling channel disclosed herein538 ; - vii) of the pressure divider disclosed herein
567 .568 and the associated compensation of axial forces; are each functionally independent of each other. Nevertheless, their combination represents a particularly advantageous embodiment.
Aus Gründen der Leserlichkeit wurde vereinfachend der Ausdruck „mindestens ein(e)“ teilweise weggelassen. Sofern ein Merkmal der hier offenbarten Technologie in der Einzahl bzw. unbestimmt beschrieben ist (z.B. das/ein Verdichterrad, das/ein Gehäuse, die/eine Welle, das/ein Axial-Luftlager, die/eine Vorderseite, die/eine Rückseite, das/ein Turbinenrad, der/ein luftumströmter Luftspalt, der/ein Gehäuseabschnitt, der/ein Innenbereich, das/eine Luftlager, der/ein Ladeluftkühler, die/eine Einrichtung zur Befeuchtung, der/ein elektrischer Antrieb, die/eine Volute, etc.) so soll gleichzeitig auch deren Mehrzahl mit offenbart sein (z.B. das mindestens ein Verdichterrad, das mindestens ein Gehäuse, die mindestens eine Welle, das mindestens eine Axial-Luftlager, die mindestens eine Vorderseite, die mindestens eine Rückseite, das mindestens eine Turbinenrad, der mindestens eine luftumströmte Luftspalt, der mindestens eine Gehäuseabschnitt, der mindestens ein Innenbereich, das mindestens eine Luftlager, der mindestens eine Ladeluftkühler, die mindestens eine Einrichtung zur Befeuchtung, der mindestens eine elektrischer Antrieb, die mindestens eine Volute, etc.)For the sake of legibility, the term "at least one" has been omitted for simplicity. If a feature of the technology disclosed herein is described in singular or undetermined (eg, the / a compressor wheel, the / a housing, the / a shaft, the / an axial air bearing, the / a front, the / a back, the / a turbine wheel, the / an air-flow air gap, the / a housing section, the / an interior area, the / an air bearing, the / a charge air cooler, the / a device for humidification, the / an electric drive, the / a Volute, etc. At least one of the compressor wheels, the at least one housing, the at least one shaft, the at least one axial air bearing, the at least one front side, the at least one rear side, the at least one turbine wheel at least one air-flowed air gap, the at least one housing section, the at least one inner area, the at least one air bearing, the at least one intercooler, the at least one device for moistening, the at least one electric drive, the at least one volute, etc.)
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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---|---|
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102021113910A1 (en) | 2021-05-28 | 2022-12-01 | Zf Cv Systems Global Gmbh | Fuel cell system for driving a vehicle |
DE102022119878A1 (en) | 2022-08-08 | 2024-02-08 | Zf Cv Systems Global Gmbh | Turbomachine, fuel cell system, vehicle, especially commercial vehicle |
US20240093695A1 (en) * | 2019-10-07 | 2024-03-21 | Robert Bosch Gmbh | Turbomachine, method for operating a turbomachine |
US12123427B2 (en) * | 2019-10-07 | 2024-10-22 | Robert Bosch Gmbh | Turbomachine, method for operating a turbomachine |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1703049A1 (en) * | 1968-03-26 | 1972-04-06 | Allweiler Ag | Device for balancing the axial thrust on impellers of centrifugal pumps |
DE2640990A1 (en) * | 1976-09-11 | 1978-03-16 | Klein Schanzlin & Becker Ag | Centrifugal pump with axially compensated impeller - has axially fixed balance ring behind axially free impeller |
DE3305174A1 (en) * | 1983-02-15 | 1984-09-06 | Hermann 7800 Freiburg Krämer | Centrifugal pump with canned magnetic clutch drive |
DE4026905A1 (en) * | 1990-08-25 | 1992-02-27 | Klein Schanzlin & Becker Ag | AXIAL SHIFT COMPENSATION FOR CENTRIFUGAL PUMPS |
DE4208202A1 (en) * | 1991-03-22 | 1992-10-08 | Warman Int Ltd | CENTRIFUGAL PUMP |
DE4421888A1 (en) * | 1994-06-23 | 1996-01-04 | Klein Schanzlin & Becker Ag | Device for axial thrust compensation in centrifugal pumps |
US7775763B1 (en) * | 2007-06-21 | 2010-08-17 | Florida Turbine Technologies, Inc. | Centrifugal pump with rotor thrust balancing seal |
WO2015032510A1 (en) * | 2013-09-03 | 2015-03-12 | Nuovo Pignone Srl | Fan-cooled electrical machine with axial thrust compensation |
DE102014226951A1 (en) * | 2014-12-23 | 2016-06-23 | Robert Bosch Gmbh | turbomachinery |
DE102017211917A1 (en) | 2017-07-12 | 2019-01-17 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Fuel cell system and turbomachine for a fuel cell system |
-
2017
- 2017-07-12 DE DE102017211940.3A patent/DE102017211940A1/en active Pending
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1703049A1 (en) * | 1968-03-26 | 1972-04-06 | Allweiler Ag | Device for balancing the axial thrust on impellers of centrifugal pumps |
DE2640990A1 (en) * | 1976-09-11 | 1978-03-16 | Klein Schanzlin & Becker Ag | Centrifugal pump with axially compensated impeller - has axially fixed balance ring behind axially free impeller |
DE3305174A1 (en) * | 1983-02-15 | 1984-09-06 | Hermann 7800 Freiburg Krämer | Centrifugal pump with canned magnetic clutch drive |
DE4026905A1 (en) * | 1990-08-25 | 1992-02-27 | Klein Schanzlin & Becker Ag | AXIAL SHIFT COMPENSATION FOR CENTRIFUGAL PUMPS |
EP0544693B1 (en) * | 1990-08-25 | 1994-09-21 | KSB Aktiengesellschaft | Axial thrust compensation for centrifugal pumps |
DE4208202A1 (en) * | 1991-03-22 | 1992-10-08 | Warman Int Ltd | CENTRIFUGAL PUMP |
DE4421888A1 (en) * | 1994-06-23 | 1996-01-04 | Klein Schanzlin & Becker Ag | Device for axial thrust compensation in centrifugal pumps |
US7775763B1 (en) * | 2007-06-21 | 2010-08-17 | Florida Turbine Technologies, Inc. | Centrifugal pump with rotor thrust balancing seal |
WO2015032510A1 (en) * | 2013-09-03 | 2015-03-12 | Nuovo Pignone Srl | Fan-cooled electrical machine with axial thrust compensation |
DE102014226951A1 (en) * | 2014-12-23 | 2016-06-23 | Robert Bosch Gmbh | turbomachinery |
DE102017211917A1 (en) | 2017-07-12 | 2019-01-17 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Fuel cell system and turbomachine for a fuel cell system |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20240093695A1 (en) * | 2019-10-07 | 2024-03-21 | Robert Bosch Gmbh | Turbomachine, method for operating a turbomachine |
US12123427B2 (en) * | 2019-10-07 | 2024-10-22 | Robert Bosch Gmbh | Turbomachine, method for operating a turbomachine |
DE102021113910A1 (en) | 2021-05-28 | 2022-12-01 | Zf Cv Systems Global Gmbh | Fuel cell system for driving a vehicle |
DE102022119878A1 (en) | 2022-08-08 | 2024-02-08 | Zf Cv Systems Global Gmbh | Turbomachine, fuel cell system, vehicle, especially commercial vehicle |
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