DE102017211943A1 - Fuel cell powered motor vehicle and operating method - Google Patents

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Abstract

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Kraftfahrzeug, umfassend: i) eine Strömungsmaschine, die eingerichtet ist, über einen Energiewandler-Zuströmungspfad Luft mindestens einem Energiewandler zuzuführen; und ii) einen Ladeluftkühler, der eingerichtet ist, die verdichtete Luft zu kühlen. Mindestens ein Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad zweigt stromab vom Ladeluftkühler vom Energiewandler-Zuströmungspfad ab und mündet in die Strömungsmaschine ohne Beimischung von Abgas aus dem Energiewandler.

Figure DE102017211943A1_0000
The technology disclosed herein relates to a motor vehicle comprising: i) a turbomachine configured to supply air to at least one energy converter via an energy converter inflow path; and ii) a charge air cooler configured to cool the compressed air. At least one turbomachine inflow path branches off the charge air cooler from the energy converter inflow path downstream of the charge air cooler and ends in the turbomachine without admixing exhaust gas from the energy converter.
Figure DE102017211943A1_0000

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

  1. i) der radiale Abstand zwischen der Oberfläche der Welle und dem Druckteiler; und/oder
  2. ii) der durch den Druckteiler verursachte Druckunterschied zwischen den Teilbereichen unmittelbar benachbart zum Druckteiler
so gewählt sein, dass sich die auf die Welle einwirkenden Kräfte in axialer Richtung zumindest zu 80% oder im Wesentlichen ganz aufheben. Der radiale Abstand ist dabei der Abstand von der Oberfläche der Welle bis zum Druckteiler in einer Richtung senkrecht zur Längsachse der Welle.The pressure divider can be arranged and designed such that forces acting on the shaft cancel out at least 80% or essentially completely in the axial direction. For this purpose can
  1. i) the radial distance between the surface of the shaft and the pressure divider; and or
  2. ii) the pressure difference between the subregions immediately adjacent to the pressure divider caused by the pressure divider
be chosen so that the forces acting on the shaft in the axial direction cancel at least 80% or substantially completely. The radial distance is the distance from the surface of the shaft to the pressure divider in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the shaft.

Insbesondere können sich die auf die Welle einwirkenden Kräfte in axialer Richtung zumindest zu 80% oder im Wesentlichen ganz aufheben bei

  1. a) einer Drehzahl vom Laufrad, die ca. 80% bis 100% der Maximaldrehzahl des Laufrads beträgt; und/oder
  2. b) bei einem Druck am (radialen) Laufradausgang, der ca. 80% bis 100% vom maximalen (Förder)Druck der Strömungsmaschine beträgt.
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.In particular, the forces acting on the shaft in the axial direction at least 80% or substantially cancel at
  1. a) a speed of the impeller, which is about 80% to 100% of the maximum speed of the impeller; and or
  2. b) at a pressure at the (radial) impeller outlet, which is approximately 80% to 100% of the maximum (delivery) pressure of the turbomachine.
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%
vom maximalen Laufradabstand, wobei der maximale Laufradabstand der Abstand ist zwischen der Oberfläche der Welle und dem äußeren Umfangsrand vom Laufrad.The pressure divider is expediently arranged at a distance from the shaft. The radial distance is preferred
  • - about 20% to 100% or
  • - about 50% to 100% or
  • - about 75% to 100%
from the maximum impeller clearance, the maximum impeller clearance being the distance between the surface of the shaft and the outer peripheral edge of the impeller.

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

  1. i) durch den Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad,
  2. ii) durch ein verdichterseitiges Lager, und/oder
  3. iii) durch den Zuströmkanal zwischen verdichterseitigen Laufradgehäuse und Innenraum.
The turbomachine can be designed in the interior such that the turbomachine forms an air flow gap in a drive gap between the stator and the rotor of the electric drive. The air guide in the inner region may preferably be such that the air flow gap is exclusively flowed through by air which is supplied
  1. i) through the turbomachine inflow path,
  2. ii) by a compressor-side bearing, and / or
  3. 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. 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.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. 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.
In one aspect, the method may include the steps of:
  • 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 DE 10 2017 211917.9 offenbart. Der Inhalt der deutschen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer DE 10 2017 211917.9 wird hiermit bezüglich der Ausgestaltung der Verstelleinrichtung, insbesondere bezüglich Anordnung und Funktion von Leitschaufeln, Steuergestänge und Aktuator, per Verweis hier mit aufgenommen. Das Verfahren kann den Schritt umfassen, wonach die Stellung der Leitschaufeln unter Berücksichtigung des erfassten Wertes verändert wird. Durch die Stellung der Leitschaufeln können das auf die Welle übertragene Moment, der Durchfluss und/oder der Druck beeinflusst werden. Überdies beeinflusst die Stellung der Leitschaufeln auch das Druckgefälle zwischen Innenbereich und Laufradgehäuse. Mithin kann also auch durch geeignete Variation der Stellung der Leitschaufeln die durch das Lager strömende Luftmenge beeinflusst werden.In another aspect of the technology disclosed herein, the turbomachine may include variable turbine geometry with variable vanes. Such a turbomachine with a variable turbine geometry is, for example, in the German patent application with the application number DE 10 2017 211917.9 disclosed. The content of the German patent application with the application number DE 10 2017 211917.9 becomes hereby incorporated herein by reference with respect to the configuration of the adjusting device, in particular with regard to the arrangement and function of guide vanes, control linkage and actuator. The method may include the step of changing the position of the vanes taking into account the detected value. Due to the position of the vanes, the torque transmitted to the shaft, the flow and / or the pressure can be influenced. In addition, the position of the vanes also affects the pressure gradient between the inside area and the impeller housing. Thus, therefore, by appropriate variation of the position of the vanes, the amount of air flowing through the bearing can be influenced.

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. 1. Strömungsmaschine 500 für ein Kraftfahrzeug, umfassend: i) mindestens einen elektrischen Antrieb 530; und ii) mindestens ein Laufrad 512, 522; wobei das Laufrad 512, 522 und der elektrische Antrieb 530 über eine Welle 540 miteinander verbunden sind; und wobei bevorzugt am mindestens einen Laufrad 512, 522 mindestens ein Druckteiler 567, 568 vorgesehen sein kann und/oder wobei das mindestens eine Laufrad 512, 522 den mindestens einen Druckteiler 567, 568 mit ausbilden kann.
  2. 2. Strömungsmaschine 500 nach Aspekt 1, wobei der Druckteiler 567, 568 derart angeordnet und ausgebildet ist, dass sich auf die Welle 540 einwirkende Kräfte in axialer Richtung zumindest zu 80% oder im Wesentlichen ganz aufheben.
  3. 3. Strömungsmaschine 500 nach Aspekt 2, wobei ein radialer Abstand dv zwischen der Oberfläche der Welle 540 und dem Druckteiler 567, 568 so gewählt ist, dass sich die auf die Welle 540 einwirkenden Kräfte in axialer Richtung zumindest zu 80% oder im Wesentlichen ganz aufheben.
  4. 4. Strömungsmaschine 500 nach einem der vorherigen Aspekte, wobei das Laufrad 512, 522 eine Vorderseite 514, 524 mit Luftleitelementen und eine Rückseite 513, 523 aufweist, wobei der Druckteiler 567, 568 an der Rückseite 513, 523 und/oder am Umfangsrand 519 des Laufrads 512, 522 vorgesehen ist; oder wobei der Druckteiler 567, 568 durch die Rückseite 513, 523 und/oder durch den Umfangsrand 519 mit ausgebildet wird.
  5. 5. Strömungsmaschine 500 nach einem der vorherigen Aspekte, wobei zumindest ein Teil vom Druckteiler 567, 568 auf einen axialen Vorsprung 511 der Rückseite 513, 523 angeordnet und/oder wobei der axiale Vorsprung den Druckteiler 567, 568 mit ausbildet.
  6. 6. Strömungsmaschine 500 nach einem der vorherigen Aspekte, wobei Druckteiler 567, 568 eine Radialdichtung oder eine Axialdichtung ist.
  7. 7. Strömungsmaschine 500 nach einem der vorherigen Aspekte, wobei die Welle 540 gelagert ist durch mindestens ein Luftlager.
  8. 8. Strömungsmaschine 500 nach Aspekt 7, wobei der Druckteiler 567, 568 fluidverbunden ist mit dem mindestens einen Luftlager und dem mindestens einen Laufrad 512, 522, so dass Luft zum Kühlen des Luftlagers über den Druckteiler 567, 568 zuführbar und/oder abführbar ist.
  9. 9. Strömungsmaschine 500 nach einem der vorherigen Aspekte,
    1. i) wobei die Rückseite 513, 523 von mindestens einem Laufrad 512, 522 eine luftumströmte Fläche eines Axial-Luftlagers ausbildet; und/oder
    2. ii) wobei eine Scheibe 546 eines Axial-Luftlagers mit der Welle 540 zwischen zwei Laufrädern 512, 522 drehfest verbunden ist, wobei ein Scheibenzuströmpfad 539 für verdichtete Luft im Umfangsbereich der Scheibe 546 derart mündet, dass sich dort die Luft in zwei Teilströmungspfade aufteilt.
  10. 10. Strömungsmaschine 500 nach einem der vorherigen Aspekte, wobei die Strömungsmaschine 500 mindestens einen Kühlflüssigkeitskanal 537 aufweist, und wobei Luft zum Kühlen des mindestens einen Luftlagers durch einen Lagerluftkühlkanal 538 geführt ist, der zumindest bereichsweise unmittelbar benachbart zum Kühlflüssigkeitskanal 537 angeordnet ist.
  11. 11. Kraftfahrzeug, umfassend: i) eine Strömungsmaschine 500 nach einem der vorherigen Aspekte, wobei die Strömungsmaschine 500 eingerichtet ist, über einen Energiewandler-Zuströmungspfad 415 Luft mindestens 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 in die Strömungsmaschine 500 ohne Beimischung von Abgas aus dem Energiewandler 300 mündet.
    1. I. Strömungsmaschine 500 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere nach einem der vorherigen Aspekte, wobei eine Scheibe 546 eines Axial-Luftlagers der Strömungsmaschine 500 mit einer Welle 540 zwischen zwei Laufrädern 512, 522 drehfest verbunden ist; wobei ein Scheibenzuströmpfad 539 für verdichtete Luft im Umfangsbereich der Scheibe 546 mündet und sich dort die verdichtete Luft in zwei Teilströmungspfade aufteilt.
    2. II. Strömungsmaschine nach Aspekt I., wobei die Scheibe 546 zwei Seiten aufweist, und wobei jeweils ein Teilströmungspfad der zwei Teilströmungspfade durch jeweils einer Seite der Scheibe 546 zumindest bereichsweise mit ausgebildet wird.
    3. III. Strömungsmaschine nach Aspekt I. oder II., wobei jeder Teilströmungspfad kreisringförmig ausgebildet ist und vom Umfangsbereich zur Wellenmittelachse A-A hin verläuft.
    4. IV. Strömungsmaschine nach einem der vorherigen Aspekte, wobei jeder Teilströmungspfad ein Luftpolster des Axial-Luftlagers ausbildet.
    5. V. Strömungsmaschine nach einem der vorherigen Aspekte, wobei ein Teilströmungspfad der Teilströmungspfade in ein turbinenseitiges Laufradgehäuse 526 mündet.
    6. VI. Strömungsmaschine nach einem der vorherigen Aspekte, wobei die Strömungsmaschine 500 ein Antriebsgehäuse 536 aufweist, dessen Innenbereich I1, I2 von einem turbinenseitigen Laufradgehäuse 526 abgetrennt ist; und wobei ein anderer Teilströmungspfad der Teilströmungspfade in den Innenbereich I1, I2 mündet.
    7. 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 Innenbereich I1, I2 strömt.
    8. VIII. Strömungsmaschine nach einem der vorherigen Aspekte, wobei der Innenbereich I1, I2 fluidverbunden ist mit einem Auslass 560, durch den die Luft aus dem Innenbereich I1, I2 abströmt.
      1. (1) Strömungsmaschine 500 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere nach einem der vorherigen Aspekte, umfassend: i) mindestens ein Luftlager zur Lagerung einer Welle 540; ii) mindestens einen Kühlflüssigkeitskanal 537 zur Kühlung der Strömungsmaschine 500; und iii) mindestens einen Lagerluftkühlkanal 538, wobei durch den Lagerluftkühlkanal 538 die abgasfreie Luft zur Kühlung des mindestens einen Luftlagers geführt ist, wobei der Lagerluftkühlkanal 538 zumindest bereichsweise unmittelbar benachbart zum Kühlflüssigkeitskanal 537 angeordnet ist.
      2. (2) Strömungsmaschine 500 nach Aspekt (1), wobei der Kühlflüssigkeitskanal 537 eingerichtet ist, eine elektrische Antriebsmaschine 530 und/oder dessen elektrische Komponenten 700 zur Drehzahlstellung zumindest teilweise zu kühlen.
      3. (3) Strömungsmaschine 500 nach Aspekt (1) oder (2), wobei der Kühlflüssigkeitskanal 537 in und/oder an einem Gehäuse der Strömungsmaschine 500 vorgesehen ist.
      4. (4) Strömungsmaschine nach einem der vorherigen Aspekte, wobei der Kühlflüssigkeitskanal 537 und der Lagerluftkühlkanal 538 in oder an einem Stator 532, 534 der elektrischen Antriebsmaschine 530 angeordnet sind.
      5. (5) Strömungsmaschine nach Aspekt (4), wobei der Kühlflüssigkeitskanal 537 und der Lagerluftkühlkanal 538 den Stator 532, 534 zumindest bereichsweise umgeben.
      6. (6) Strömungsmaschine nach einem der vorherigen Aspekte, wobei ein Verdichterabzweig 531 von einem verdichterseitigen Laufradgehäuse 516 abzweigt und in den Lagerluftkühlkanal 538 mündet.
      7. (7) Strömungsmaschine nach einem der vorherigen Aspekte, wobei eine Scheibe 546 eines Axial-Luftlagers mit der Welle 540 zwischen zwei Laufrädern 512, 522 drehfest verbunden ist; wobei ein Scheibenzuströmpfad 539 fluidverbunden ist mit dem Lagerluftkühlkanal 538; und wobei Luft im Umfangsbereich der Scheibe 546 derart mündet, dass die Luft sich dort in zwei Teilströmungspfade aufteilt.
      8. (8) Strömungsmaschine nach einem der vorherigen Aspekte, ferner umfassend ein Ventil 418 zur Veränderung der dem Luftlager bereitgestellten Luftmenge.
      9. (9) Strömungsmaschine nach Aspekt (8), wobei das Ventil 418 eingerichtet ist, die zur Kühlung vom Luftlager bereitgestellte Luftmenge auch unabhängig von der Drehzahl vom Laufrad 512, 522 zu variieren.
      10. (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.
        1. 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 Luft mindestens 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 in die Strömungsmaschine 500 ohne Beimischung von Abgas aus dem Energiewandler 300 mündet.
        2. b. Kraftfahrzeug nach Aspekt a., wobei der Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad 417 stromauf von einer Einrichtung 430 zur Befeuchtung der Luft vom Energiewandler-Zuströmungspfad 415 abzweigt.
        3. c. Kraftfahrzeug nach Aspekt a. oder b., wobei die Strömungsmaschine 500 einen Gehäusebereich aufweist, dessen Innenbereich I1, I2 von einem turbinenseitigen Laufradgehäuse 526 abgetrennt ist; und wobei der Innenbereich I1, I2 direkt fluidverbunden ist mit dem Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad 417.
        4. 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 Innenbereich I1, I2 zugeführten Luft durchströmbar ist.
        5. e. Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Aspekte, wobei der Innenbereich I1, I2 derart ausgebildet und fluidverbunden ist mit mindestens einem Laufrad 512, 522, insbesondere Turbinenrad 512, dass im Innenbereich während des Betriebs der Strömungsmaschine immer ein höherer Druck vorliegt als in einem turbinenseitigen Laufradgehäuse 526.
        6. f. Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Aspekte, wobei durch ein Strömungswiderstandselement im Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad 417 der Luftmassenstrom in das mindestens eine Luftlager begrenzt ist.
        7. g. Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Aspekte, wobei eine Scheibe 546 eines Axial-Luftlagers mit der Welle 540 zwischen zwei Laufrädern 512, 522 drehfest verbunden ist, wobei ein Scheibenzuströmpfad 539 für verdichtete Luft im Umfangsbereich der Scheibe 546 derart mündet, dass sich dort die Luft in zwei Teilströmungspfade aufteilt.
        8. h. Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Aspekte, wobei die Strömungsmaschine 500 mindestens einen Kühlflüssigkeitskanal 537 aufweist, und wobei Luft zum Kühlen des mindestens einen Luftlagers zumindest bereichsweise zur Abkühlung der Luft unmittelbar benachbart zum Kühlflüssigkeitskanal 537 geführt ist.
        9. i. Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, umfassend die Schritte:
          • - Zuführen von verdichteter Luft zu mindestens einem Energiewandler 300 über einen Energiewandler-Zuströmungspfad 415 mittels einer Strömungsmaschine 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 Abgas aus dem Energiewandler 300.
        10. 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 Innenbereich I1, I2 eines Antriebsgehäuses 536 der Strömungsmaschine 500 zu dem mindestens einen Luftlager transportiert wird, wobei im Innenbereich I1, I2 ein höherer Druck vorherrscht als in zumindest einem der Laufradgehäuse 516, 526.
        11. 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.
          1. 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.
          2. 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.
          3. c) Verfahren nach Aspekt a) oder b), wobei die dem Luftlager bereitgestellte frischLuft abgasfreie Luft ist.
          4. d) Verfahren nach einem der vorherigen Aspekte, wobei die dem Luftlager bereitgestellte Luft aus einem Energiewandler-Zuströmungspfad 415 oder aus einem verdichterseitigen Laufradgehäuse 516 abgezweigt und dem Luftlager zugeführt wurde.
          5. e) Verfahren nach einem der vorherigen Aspekte, wobei die Strömungsmaschine 500 einen Gehäusebereich aufweist, dessen Innenbereich I1, I2 von einem turbinenseitigen Laufradgehäuse 526 abgetrennt ist; und wobei die Luft im Betrieb der Strömungsmaschine 500 von dem Innenbereich I1, I2 aus in das Luftlager einströmt und anschließend durch ein Laufradgehäuse 516, 526 der Strömungsmaschine 500 abströmt.
          6. 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.
          7. g) Verfahren nach einem der vorherigen Aspekte, ferner umfassend den Schritt, wonach die bereitgestellte Luft vor dem Eintritt in das Luftlager gekühlt wird.
          8. h) Verfahren nach Aspekt g), wobei die bereitgestellte Luft durch einen Ladeluftkühler 420 gekühlt wird, wobei der Ladeluftkühler 420 gleichzeitig verdichtete Luft für einen Energiewandler 300 bereitstellt.
The technology disclosed herein may alternatively or additionally be described by the following aspects:
  1. 1. Turbomachine 500 for a motor vehicle, comprising: i) at least one electric drive 530 ; and ii) at least one impeller 512 . 522 ; the impeller 512 . 522 and the electric drive 530 over a wave 540 connected to each other; and wherein preferably at least one impeller 512 . 522 at least one pressure divider 567 . 568 may be provided and / or wherein the at least one impeller 512 . 522 the at least one pressure divider 567 . 568 can train with.
  2. 2. Turbomachine 500 by aspect 1 , wherein the pressure divider 567 . 568 is arranged and formed on the shaft 540 acting forces in the axial direction at least 80% or substantially cancel altogether.
  3. 3. Turbomachine 500 by aspect 2 , wherein a radial distance dv between the surface of the shaft 540 and the pressure divider 567 . 568 chosen so that the on the shaft 540 acting forces in the axial direction at least 80% or substantially cancel altogether.
  4. 4. Turbomachine 500 according to one of the previous aspects, wherein the impeller 512 . 522 a front side 514 . 524 with air deflectors and a back 513 . 523 having, wherein the pressure divider 567 . 568 at the back 513 . 523 and / or at the peripheral edge 519 of the impeller 512 . 522 is provided; or wherein the pressure divider 567 . 568 through the back 513 . 523 and / or by the peripheral edge 519 is trained with.
  5. 5. Turbomachine 500 according to one of the preceding aspects, wherein at least a part of the pressure divider 567 . 568 on an axial projection 511 the back 513 . 523 arranged and / or wherein the axial projection of the pressure divider 567 . 568 with trains.
  6. 6. Turbomachine 500 according to one of the previous aspects, wherein pressure divider 567 . 568 a radial seal or an axial seal is.
  7. 7. Turbomachine 500 according to one of the previous aspects, the wave 540 is stored by at least one air bearing.
  8. 8. Turbomachine 500 by aspect 7 , wherein the pressure divider 567 . 568 fluidly connected to the at least one air bearing and the at least one impeller 512 . 522 , allowing air to cool the air bearing via the pressure divider 567 . 568 can be supplied and / or discharged.
  9. 9. Turbomachine 500 according to one of the previous aspects,
    1. i) where the back 513 . 523 of at least one impeller 512 . 522 forms an air-flow area of an axial-air bearing; and or
    2. ii) where a disc 546 an axial bearing with the shaft 540 between two wheels 512 . 522 rotatably connected, wherein a disk inflow path 539 for compressed air in the peripheral region of the disc 546 so flows that there divides the air into two partial flow paths.
  10. 10. Turbomachine 500 according to one of the previous aspects, wherein the turbomachine 500 at least one cooling liquid channel 537 and wherein air for cooling the at least one air bearing through a bearing air cooling passage 538 is guided, the at least partially directly adjacent to the cooling liquid channel 537 is arranged.
  11. 11. A motor vehicle, comprising: i) a turbomachine 500 according to one of the previous aspects, wherein the turbomachine 500 is established via an energy converter inflow path 415 Air at least one energy converter 300 supply; and ii) a charge air cooler 420 which is designed to cool compressed air; wherein at least one turbomachine inflow path 417 downstream from the intercooler 420 from the energy converter inflow path 415 branches off and into the turbomachine 500 without admixture of exhaust gas from the energy converter 300 empties.
    1. I. Turbomachine 500 for a motor vehicle, in particular according to one of the preceding aspects, wherein a disc 546 an axial-air bearing of the turbomachine 500 with a wave 540 between two wheels 512 . 522 rotatably connected; being a disk inflow path 539 for compressed air in the peripheral region of the disc 546 opens and there the compressed air is divided into two partial flow paths.
    2. 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 the disc 546 at least partially formed with.
    3. 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.
    4. IV. Turbomachine according to one of the preceding aspects, wherein each partial flow path forms an air cushion of the axial air bearing.
    5. 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.
    6. VI. Turbomachine according to one of the preceding aspects, wherein the turbomachine 500 a drive housing 536 has, its interior I1 . I2 from a turbine-side impeller housing 526 is separated; and wherein another partial flow path of the partial flow paths into the inner region I1 . I2 empties.
    7. 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 interior I1 . I2 flows.
    8. VIII. Turbomachine according to one of the preceding aspects, wherein the interior I1 . I2 fluidly connected to an outlet 560 through which the air from the interior I1 . I2 flows.
      1. (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 a shaft 540 ; ii) at least one cooling liquid channel 537 for cooling the turbomachine 500 ; and iii) at least one bearing air cooling channel 538 , wherein through the bearing air cooling channel 538 the exhaust-free air is guided for cooling the at least one air bearing, wherein the bearing air cooling channel 538 at least in regions directly adjacent to the cooling liquid channel 537 is arranged.
      2. (2) Turbomachine 500 according to aspect (1), wherein the cooling liquid channel 537 is set up, an electric drive machine 530 and / or its electrical components 700 to cool the speed setting at least partially.
      3. (3) Turbomachine 500 according to aspect (1) or (2), wherein the cooling liquid channel 537 in and / or on a housing of the turbomachine 500 is provided.
      4. (4) Turbomachine according to one of the preceding aspects, wherein the cooling liquid channel 537 and the bearing air cooling channel 538 in or on a stator 532 . 534 the electric drive machine 530 are arranged.
      5. (5) Turbomachine according to aspect (4), wherein the cooling liquid channel 537 and the bearing air cooling channel 538 the stator 532 . 534 surrounded at least in certain areas.
      6. (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 bearing air cooling channel 538 empties.
      7. (7) Turbomachine according to one of the preceding aspects, wherein a disc 546 an axial bearing with the shaft 540 between two wheels 512 . 522 rotatably connected; being a disk inflow path 539 fluidly connected to the bearing air cooling channel 538 ; and wherein air in the peripheral region of the disc 546 so flows that the air there is divided into two partial flow paths.
      8. (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. (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 the impeller 512 . 522 to vary.
      10. (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.
        1. a. Motor vehicle comprising: i) a turbomachine 500 , in particular a turbomachine according to one of the preceding aspects, wherein the turbomachine 500 is established via an energy converter inflow path 415 Air at least one energy converter 300 supply; and ii) a charge air cooler 420 which is designed to cool the compressed air; wherein at least one turbomachine inflow path 417 downstream from the intercooler 420 from the energy converter inflow path 415 branches off and into the turbomachine 500 without admixture of exhaust gas from the energy converter 300 empties.
        2. b. Motor vehicle according to aspect a., Wherein the turbomachine inflow path 417 upstream of a facility 430 for humidifying the air from the energy converter inflow path 415 branches.
        3. c. Motor vehicle according to aspect a. or b., wherein the turbomachine 500 one Has housing portion, the inner region I 1 , I 2 of a turbine-side impeller housing 526 is separated; and wherein the inner region I 1 , I 2 is directly fluidly connected to the turbomachine inflow path 417 ,
        4. 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 the turbomachine inflow path 417 the inner region I 1 , I 2 supplied air can be flowed through.
        5. e. Motor vehicle according to one of the preceding aspects, wherein the inner region I 1 , I 2 is formed and fluidly connected to at least one impeller 512 . 522 , in particular 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 ,
        6. 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.
        7. G. Motor vehicle according to one of the preceding aspects, wherein a disc 546 an axial bearing with the shaft 540 between two wheels 512 . 522 rotatably connected, wherein a disk inflow path 539 for compressed air in the peripheral region of the disc 546 so flows that there divides the air into two partial flow paths.
        8. H. Motor vehicle according to one of the preceding aspects, wherein the turbomachine 500 at least one cooling liquid channel 537 and wherein air for cooling the at least one air bearing at least partially for cooling the air immediately adjacent to the cooling liquid channel 537 is guided.
        9. i. Method for operating a motor vehicle, comprising the steps:
          • - Supply of compressed air to at least one energy converter 300 via an energy converter inflow path 415 by means of a turbomachine 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 the energy converter 300 ,
        10. j. The method of aspect i., Further comprising the step of: cooling at least one air bearing of the turbomachine 500 in that the branched off and supplied air from an inner region I 1 , I 2 of a drive housing 536 the turbomachine 500 is transported to the at least one air bearing, wherein in the inner region I 1 , I 2, a higher pressure prevails than in at least one of the impeller housing 516 . 526 ,
        11. 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.
          1. 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.
          2. 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.
          3. c) Method according to aspect a) or b), wherein the fresh air provided to the air bearing is exhaust-free air.
          4. 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.
          5. e) Method according to one of the preceding aspects, wherein the turbomachine 500 a housing portion, the inner region I 1 , I 2 of a turbine-side impeller housing 526 is separated; and wherein the air during operation of the turbomachine 500 from the inner region I 1 , I 2 flows into the air bearing and then through an impeller housing 516 . 526 the turbomachine 500 flows.
          6. 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.
          7. g) The method of any preceding aspect, further comprising the step of cooling the provided air prior to entering the air bearing.
          8. h) Method according to aspect g), wherein the air provided by a charge air cooler 420 is cooled, the intercooler 420 simultaneously compressed air for an energy 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 die Strömungsmaschine 500;
  • 3 eine schematische Querschnittsansicht durch eine weitere Strömungsmaschine 500;
  • 4 bis 6 eine schematische Querschnittsansicht eines alternativen Turbinenrades sowie die sich dann einstellenden Druckverläufe; für die Strömungsmaschine 500 gemäß der 3;
  • 7 bis 8 weitere schematische Querschnittsansichten durch weitere Strömungsmaschine 500; und
  • 9 und 10 weitere schematische Ansichten von hier offenbarten Strömungsmaschine
The technology disclosed herein will now be explained with reference to the figures. Show it:
  • 1 a schematic view of a fuel cell system;
  • 2 a schematic cross-sectional view through the turbomachine 500 ;
  • 3 a schematic cross-sectional view through another turbomachine 500 ;
  • 4 to 6 a schematic cross-sectional view of an alternative turbine wheel and then adjusting pressure gradients; for the turbomachine 500 according to the 3 ;
  • 7 to 8th further schematic cross-sectional views through another turbomachine 500 ; and
  • 9 and 10 further schematic views of here disclosed turbomachine

Die 1 bis 7 zeigen schematisch Ausgestaltungen der hier offenbarten Technologie bei denen ein Brennstoffzellensystem zu Grunde gelegt wird. Gleichsam ist die hier offenbarte Technologie auch anwendbar auf ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine.The 1 to 7 show schematically embodiments of the technology disclosed herein in which a fuel cell system is used as a basis. Likewise, the technology disclosed herein is also applicable to a motor vehicle having an internal combustion engine.

Die 1 zeigt einen Energiewandler 300, der hier als Brennstoffzellenstapel 300 mit einer Vielzahl an Brennstoffzellen ausgebildet ist. Der Brennstoffzellenstapel 300 ist schematisch unterteilt in eine Kathode K und eine Anode A. Der Aufbau eines solchen Brennstoffzellenstapels 300 ist dem Fachmann geläufig. Das Anodensubsystem umfasst eine Brennstoffquelle H2, die Brennstoff bereitstellt, z.B. Wasserstoff. Durch den Druckminderer 211 wird der Druck in dem Anodenzuströmungspfad 215 reduziert, bevor der Brennstoff in die Anode A vom Brennstoffzellenstapel 300 gelangt. Nach der elektrochemischen Reaktion im Brennstoffzellenstapel 300 verlässt das Anodenabgas den Brennstoffzellenstapel 300 und wird zumindest teilweise über den Rezirkulationsförderer 236 rezirkuliert. Im Wasserabscheider 232 wird Wasser aus dem Anodenabgas abgeschieden. Durch das Anodenspülventil 238 wird Wasser und Purgegas aus dem Anodensubsystem in die Anodenspülleitung 239 abgelassen.The 1 shows an energy converter 300 that's here as a fuel cell stack 300 is formed with a plurality of fuel cells. The fuel cell stack 300 is schematically divided into a cathode K and an anode A. The structure of such a fuel cell stack 300 is familiar to the expert. The anode subsystem includes a fuel source H2 that provides fuel, eg hydrogen. Through the pressure reducer 211 the pressure in the anode inflow path becomes 215 reduced before the fuel into the anode A from the fuel cell stack 300 arrives. After the electrochemical reaction in the fuel cell stack 300 the anode exhaust gas leaves the fuel cell stack 300 and at least partially via the recirculation conveyor 236 recirculated. In the water separator 232 Water is separated from the anode exhaust gas. Through the anode flush valve 238 Water and purge gas from the anode subsystem into the anode purge line 239 drained.

Die Strömungsmaschine 500 saugt Luft O2 an und verdichtet diese. Die verdichtete Luft wird im Ladeluftkühler 420 gekühlt und gegebenenfalls weiter stromab im Kathodenzuströmungspfad 415 (= Energiewandler-Zuströmungspfad) durch eine Einrichtung 430 zur Befeuchtung der Luft befeuchtet. Anschließend gelangt die befeuchtete Luft in die Kathode K des Brennstoffzellenstapels 300, wo die elektrochemische Reaktion mit dem Brennstoff der Anode A stattfindet.The turbomachine 500 sucks air O2 and compacts them. The compressed air is in the intercooler 420 cooled and possibly further downstream in the cathode inflow path 415 (= Energy converter inflow path) by means 430 moistened to humidify the air. Subsequently, the humidified air enters the cathode K of the fuel cell stack 300 where the electrochemical reaction takes place with the fuel of the anode A.

Ferner gezeigt sind kathodenseitige Stapel-Absperrventile 470,480, die ebenso vorgesehen sein können wie der Bypass 460. Dies muss aber nicht so sein. Nach der elektrochemischen Reaktion im Brennstoffzellenstapel 300 gelangt das Kathodenabgas durch den Kathodenabgaspfad 416 in die Umgebung.Further shown are cathode-side stack shut-off valves 470,480, which may be provided as well as the bypass 460 , But this does not have to be this way. After the electrochemical reaction in the fuel cell stack 300 the cathode exhaust gas passes through the cathode exhaust path 416 in the nearby areas.

Die hier gezeigte Strömungsmaschine 500 umfasst eine Verdichtereinheit 510, die den Kathodenzuströmungspfad 415 mit ausbildet. Ferner umfasst die hier gezeigte Strömungsmaschine 500 eine Turbineneinheit 520, die den (Kathoden)abgaspfad 416 mit ausbildet. Die Verdichtereinheit 510, die Turbineneinheit 520 und der elektrische Antrieb 530 sind hier über eine Welle 540 starr miteinander verbunden. In dem Antriebsgehäuse 536 der Strömungsmaschine 500 mündet hier der Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad 417, der stromab vom Ladeluftkühler 420 von dem Kathodenzuströmungspfad 415 abzweigt. Durch den Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad 417 gelangt die verdichtete, gekühlte und abgasfreie Frischluft direkt in das Gehäuse der Strömungsmaschine 500. Der Innenbereich vom Antriebsgehäuse 536 ist abgetrennt von dem turbinenseitigen Laufradgehäuse der Verdichtereinheit 520 (nicht gezeigt). Es wird insbesondere nicht Kathodenabgas in das Antriebsgehäuse 536 eingebracht.The turbomachine shown here 500 includes a compressor unit 510 indicating the cathode inflow path 415 with trains. Furthermore, the turbomachine shown here comprises 500 a turbine unit 520 passing the (cathodes) exhaust path 416 with trains. The compressor unit 510 , the turbine unit 520 and the electric drive 530 are here over a wave 540 rigidly connected. In the drive housing 536 the turbomachine 500 opens here the turbomachine inflow path 417 , which is downstream from the intercooler 420 from the cathode inflow path 415 branches. Through the turbomachine inflow path 417 The compressed, cooled and exhaust-free fresh air reaches directly into the housing of the turbomachine 500 , The interior of the drive housing 536 is separated from the turbine-side impeller housing of the compressor unit 520 (Not shown). In particular, it will not cathode exhaust gas in the drive housing 536 brought in.

Im Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad 417 ist hier ein Ventil 418 vorgesehen. Ein Steuergerät (nicht gezeigt) ist eingerichtet, mindestens einen Wert zu erfassen, der indikativ für die Temperatur von mindestens einem Luftlager der Strömungsmaschine ist. Dieser Wert kann direkt oder indirekt erfasst sein. Basierend auf diesen Wert bestimmt das Steuergerät, ob die Luftmenge angepasst werden muss, die dem Luftlager zur Kühlung vom Luftlager bereitgestellt wird. Ist dies der Fall, so sendet das Steuergerät ein Signal an das Ventil 418, wodurch die Ventilstellung und somit die Luftmenge verändert wird. In der 1 sowie in allen anderen Figuren nicht gezeigt sind etwaige Temperatursensoren, die zur direkten oder indirekten Erfassung der Lagertemperatur vorgesehen sein können. Je nach Ausgestaltung der Strömungsmaschine 500 kann das Ventil 418 auch an einer anderen Stelle vorgesehen sein. Beispielsweise kann das Ventil 418 in das Gehäuse 536 der elektrischen Antriebsmaschine 530 und/oder dessen drehzahlstellende Komponenten mit integriert sein. Die Darstellung eines solchen Ventils ist in den folgenden Figuren vereinfachend weggelassen worden.In the turbomachine inflow path 417 here is a valve 418 intended. A controller (not shown) is arranged to detect at least one value indicative of the temperature of at least one air bearing of the turbomachine. This value can be recorded directly or indirectly. Based on this value, the controller determines whether the amount of air that is supplied to the air bearing for cooling by the air bearing needs to be adjusted. If this is the case, the control unit sends a signal to the valve 418 , whereby the valve position and thus the amount of air is changed. In the 1 as well as not shown in all other figures are any temperature sensors that can be provided for direct or indirect detection of the storage temperature. Depending on the design of the turbomachine 500 can the valve 418 also be provided in another place. For example, the valve 418 in the case 536 the electric drive machine 530 and / or its speed-adjusting components to be integrated. The illustration of such a valve has been omitted in the following figures simplifying.

Die 2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine Strömungsmaschine 500. An einem Ende der Strömungsmaschine ist die Verdichtereinheit 510 vorgesehen. Die Verdichtereinheit 510 umfasst das spiralförmige Verdichtergehäuse 516 mit der Volute V510. Die Verdichtereinheit 510 umfasst ferner das Verdichterrad 512. Das Verdichterrad 512 weist an seiner Vorderseite 514 rotierende Laufschaufeln auf. Auf der der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite 513 weist das Verdichterrad 512 hier die luftumströmte erste Fläche des Axial-Luftlagers auf. Diese luftumströmte erste Fläche 513 bildet zusammen mit dem ihr gegenüberliegenden ersten Gehäuseabschnitt 563 des Antriebsgehäuses 530 einen ersten Luftspalt aus. Diese erste luftumströmte Fläche 513 und der erste Gehäuseabschnitt 563 bilden bei Rotation des Verdichterrads 512 ein erstes Luftpolster aus. Gleichsam umfasst die Strömungsmaschine 500 eine Turbineneinheit 520 mit einem spiralförmigen Turbinengehäuse 526, dass die Volute V520 ausbildet. Im Turbinengehäuse 526. angeordnet ist hier das Turbinenrad 522. Das Turbinenrad 522 weist an seiner Vorderseite 524 Laufschaufeln auf. An der der Vorderseite 524 gegenüberliegenden Rückseite 523 des Turbinenrads 522 ist die zweite luftumströmte Fläche ausgebildet, die einem zweiten Gehäuseabschnitt 564 gegenüberliegt. Die zweite luftumströmte Fläche 523 bildet zusammen mit dem zweiten Gehäuseabschnitt 564 einen zweiten Luftspalt und bei Rotation ein zweites Luftpolster aus. Vorteilhaft wird somit das Axial-Luftlager vereinfacht und eine separate Scheibe, die beiderseits mit Luft beaufschlagt wird, kann hier entfallen. Vorteilhaft kann somit die Gesamtlänge der Welle 540 reduziert werden. Alternativ oder zusätzlich kann aber auch ein Axial-Luftlager mit der hier offenbarten separaten Scheibe vorgesehen sein.The 2 schematically shows a cross section through a turbomachine 500 , At one end of the turbomachine is the compressor unit 510 intended. The compressor unit 510 includes the spiral compressor housing 516 with the Volute V 510 . The compressor unit 510 further comprises the compressor wheel 512 , The compressor wheel 512 indicates at its front 514 rotating blades on. On the back opposite the front 513 indicates the compressor wheel 512 here the air-flowed first surface of the axial-air bearing. This air-flowed first surface 513 forms together with the first housing section opposite it 563 of the drive housing 530 a first air gap. This first air flowed area 513 and the first housing section 563 form during rotation of the compressor wheel 512 a first air cushion off. Likewise, the turbomachine includes 500 a turbine unit 520 with a spiral turbine housing 526 in that the volute forms V 520 . In the turbine housing 526 , arranged here is the turbine wheel 522 , The turbine wheel 522 indicates at its front 524 Blades on. At the front 524 opposite back 523 of the turbine wheel 522 the second air-flow area is formed, which forms a second housing section 564 opposite. The second air-flow area 523 forms together with the second housing section 564 a second air gap and a second air cushion during rotation. Advantageously, therefore, the axial air bearing is simplified and a separate disc, which is acted upon by both sides with air, can be omitted here. Advantageously, thus, the total length of the shaft 540 be reduced. Alternatively or additionally, however, it is also possible to provide an axial air bearing with the separate disk disclosed here.

Zwischen der Verdichtereinheit 510 und der Turbineneinheit 520 ist die elektrische Antriebsmaschine 530 im Antriebsgehäuse 436 angeordnet. Die elektrische Antriebsmaschine 530 umfasst hier einen Stator mit Statorblechen 532 sowie einer Statorwicklung 534. Auf der Welle 540 ist hier ferner ein Rotor 535 des elektrischen Antriebs 530 vorgesehen. Der Kühlflüssigkeitskanal 537 im Antriebsgehäuse 536 dient zur Kühlung vom Stator. Gleichsam kann der mindestens eine Kühlflüssigkeitskanal 537 auch zur Kühlung des mindestens einen Luftlagers dienen (vgl. 3. 7 und 8). Between the compressor unit 510 and the turbine unit 520 is the electric drive machine 530 in the drive housing 436 arranged. The electric drive machine 530 here includes a stator with stator laminations 532 and a stator winding 534 , On the wave 540 Here is also a rotor 535 of the electric drive 530 intended. The cooling liquid channel 537 in the drive housing 536 serves for cooling of the stator. Similarly, the at least one coolant channel 537 also serve to cool the at least one air bearing (see. 3 , 7 and 8).

Nicht gezeigt ist hier die Mündung vom Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad 417. Die abgasfreie Frischluft aus dem Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad 417 wird dem Innenbereich I1, I2 im Inneren des Antriebsgehäuses 436 zugeführt. Der Innenbereich I1, I2 ist fluidverbunden mit dem ersten und/oder zweiten Luftspalt. Ferner ist der Innenbereich fluidverbunden mit einem Antriebsspalt, der zwischen dem Rotor 235 und den Statorblechen 532 ausgebildet wird. Es kann vorgesehen sein, dass durch eine entsprechend gestaltete Außenoberfläche des Rotors 535 und/oder durch eine entsprechende Druckdifferenz zwischen verschiedenen Kammern I1, I2 des Innenbereichs I1, I2 eine Strömung von einer Kammer zur anderen Kammer der Strömungsmaschine durch den Antriebsspalt eingestellt wird. Vorteilhaft kann somit die durch den Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad 417 dem Innenbereich I1, I2 zugeführte verdichtete und gekühlte Frischluft sowohl den elektrischen Antrieb 530 als auch die Axial-Luftlager und etwaige Radial-Luftlager 542,544 kühlen. In einer weiteren Ausgestaltung wird die Frischluft aus dem Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad 417 dem ersten Luftspalt zwischen der Rückseite 513 des Verdichterrades 512 und dem ersten Gehäuseabschnitt 563 zugeführt. In diesem Fall würde der Luftspalt vom Axial-Luftlager der Verdichtereinheit 510 sowie der Luftspalt vom Radial-Luftlager 542 in umgekehrter Richtung durchströmt (nicht gezeigt). Ferner nicht gezeigt sind die gegebenenfalls vorgesehenen Druckteiler der hier offenbarten Technologie (vgl. 3 bis 6).Not shown here is the mouth of the turbomachine inflow path 417 , The exhaust-free fresh air from the turbomachine inflow path 417 becomes the interior I 1 , I 2 inside the drive housing 436 fed. The inner region I 1 , I 2 is fluidly connected to the first and / or second air gap. Further, the inner region is fluidly connected to a drive gap which is between the rotor 235 and the stator laminations 532 is trained. It can be provided that by a correspondingly shaped outer surface of the rotor 535 and / or by a corresponding pressure difference between different chambers I 1 , I 2 of the inner region I 1 , I 2, a flow from one chamber to the other chamber of the turbomachine is adjusted by the drive gap. Advantageously, therefore, the through the turbomachine inflow path 417 the inner region I 1 , I 2 supplied compressed and cooled fresh air both the electric drive 530 as well as the axial air bearings and any radial air bearings 542 . 544. cool. In a further embodiment, the fresh air from the turbomachine inflow path 417 the first air gap between the back 513 of the compressor wheel 512 and the first housing section 563 fed. In this case, the air gap from the axial air bearing of the compressor unit 510 and the air gap from the radial air bearing 542 flows in the reverse direction (not shown). Also not shown are the optionally provided pressure dividers of the technology disclosed here (cf. 3 to 6 ).

Die 3 zeigt eine Strömungsmaschine 500, die der der 2 sehr ähnlich ist. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede erläutert. In dieser Ausgestaltung sind schematisch die Druckteiler 567, 568 eingezeichnet, die ein Druckgefälle zwischen den Teilbereichen stromauf und stromab vom Druckteiler 567, 568 erzeugen. Der Druckteiler 567, 568 kann jede geeignete Ausgestaltung aufweisen. Hier ist der Druckteiler 567,568 eine Dichtlippe. The 3 shows a turbomachine 500 that of the 2 is very similar. Only the differences are explained below. In this embodiment, the pressure dividers are schematically 567 . 568 drawn, the a pressure gradient between the sections upstream and downstream of the pressure divider 567 . 568 produce. The pressure divider 567 . 568 can have any suitable configuration. Here the pressure divider 567.568 is a sealing lip.

Ebenso kann der Druckteiler 567, 568 auch integral in dem ersten oder zweiten Gehäuseabschnitt 563, 564 ausgebildet sein. Die Druckteiler 567, 568 sind hier so ausgebildet und angeordnet, dass sich die Kräfte in axialer Richtung im Wesentlichen aufheben. Hier gezeigt sind zwei Druckteiler 567, 568. Ebenso ist vorstellbar, dass lediglich am Verdichterrad ein Druckteiler 567 vorgesehen ist. Aus Versuchsreihen und/oder Berechnungen sind für den Fachmann die an den Laufrädern 512, 522 vorherrschenden Drücke und angreifenden Axialkräfte ermittelbar. Aus der Summation der Kraftvektoren resultiert eine Gesamtkraft. Durch den bzw. die Druckteiler lassen sich nun die Druckverhältnisse auf der(den) Rückseite(n) so variierten, dass die resultierende Gesamtkraft annähernd den Wert null annimmt (vgl. 4 und 5).Likewise, the pressure divider 567 . 568 also integral in the first or second housing portion 563 . 564 be educated. The pressure divider 567 . 568 are here designed and arranged so that the forces cancel out in the axial direction substantially. Shown here are two pressure divider 567 . 568 , It is also conceivable that only on the compressor a pressure divider 567 is provided. From test series and / or calculations are for the expert on the wheels 512 . 522 prevailing pressures and attacking axial forces can be determined. The summation of the force vectors results in a total force. By means of the pressure divider (s), the pressure conditions on the rear side (s) can now be varied so that the resulting total force approaches approximately zero (cf. 4 and 5 ).

Der Druck ist hier über den Strömungswiderstand im Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad 417 wiederum so eingestellt, dass der Druck im Innenbereich I1, I2

  1. a) geringer ist als der Druck am Ausgang des Verdichterrads 512 und
  2. 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 Innenbereich I1, I2 eindringen. Gleichsam könnte hier aber auch eine Luftströmung im Innenbereich I1, I2 erzeugt werden, wie sie in Verbindung mit den 2, 7 und 8 offenbart ist. The pressure is here via the flow resistance in the turbomachine inflow path 417 in turn set so that the pressure in the interior I 1 , I 2
  1. a) is lower than the pressure at the outlet of the compressor wheel 512 and
  2. b) is greater than the pressure in Volute V 520 of the turbine.
Advantageously, all air bearings are cooled with comparatively dry air. In particular, therefore, no moisture from the turbine can penetrate into the inner region I 1 , I 2 . Equally, however, an air flow in the inner region I 1 , I 2 could be generated here, as in connection with the 2 . 7 and 8th 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. 8). Hier ist die axiale Lagerung vereinfachend weggelassen worden. Ferner ist in der Figur drei ein Lagerluftkühlkanal 538 angedeutet, der hier zusammen mit den Kühlflüssigkeitskanal 537 einen Wärmetauscher ausbildet. Der Kühlflüssigkeitskanal 537 umgibt hier den Stator der Antriebsmaschine 530 und kühlt den Stator. Der Lagerluftkühlkanal 538 ist hier auf der Außenseite vom Kühlflüssigkeitskanal 537 vorgesehen. Die Strömungskanäle sind hier zumindest bereichsweise senkrecht zueinander angeordnet. Es handelt sich also um einen Kreuzstrom-Wärmetauscher. Die genaue Funktion und Anbindung vom Lagerluftkühlkanal 538 und vom Kühlflüssigkeitskanal 537 ist im Zusammenhang mit den 7 und 8 erläutert.As axial bearing, the axial air bearing disclosed here or any other suitable axial bearing can be used. In particular, the axial bearing disclosed here can also be provided with a disk inflow path (cf. 8th ). Here, the axial storage has been omitted simplifying. Further, in the figure, three is a bearing air cooling passage 538 indicated here together with the cooling liquid channel 537 forms a heat exchanger. The cooling liquid channel 537 surrounds here the stator of the prime mover 530 and cools the stator. The bearing air cooling channel 538 is here on the outside of the coolant channel 537 intended. The flow channels are here at least partially perpendicular to each other. It is therefore a cross-flow heat exchanger. The exact function and connection of the bearing air cooling channel 538 and from the coolant channel 537 is related to the 7 and 8th explained.

Die 4 zeigt schematisch das Verdichterrad 512 der 3 mit den Druckverläufen auf der Vorderseite 514 und der Rückseite 513. Der Druck auf der Vorderseite 514 im Eingangsbereich des Verdichterrads 512 beträgt PI. Der Druck auf der Vorderseite 514 im Ausgangsbereich des Verdichterrads 512 beträgt PA. Hier ist vereinfachend ein linearer Druckanstieg angenommen worden. Ein Strömungspfad verbindet hier den Innenbereich I1, I2 mit der Volute V520. Auf der Rückseite 513 vom Verdichterrad 512 liegt in einem ersten Teilbereich des Strömungspfads proximal zur Volute V520 ein Druck an, der im Wesentlichen dem Druck PA entspricht. In einem zweiten Teilbereich proximal zum Innenbereich I1, I2 liegt hier der Druck PG an, der im Wesentlichen dem Druck im Innenbereich I1 entspricht. Der Druckverlauf ist hier nicht stetig. Vielmehr bewirkt hier der Druckteiler 567 einen sprunghaften Druckabfall. Aus den Drücken, die auf der Vorderseite 514 und der Rückseite 513 angreifen, und den entsprechenden Flächen, an denen die Drücke angreifen, lassen sich die einzelnen Kräfte und schließlich die axiale Gesamtkraft ermitteln. Durch Variation der Flächen vom ersten und zweiten Teilbereich an der Rückseite 513 (d.h. Variation vom Abstand dv) und durch Variation des Druckgefälles lassen sich die Kräfte einstellen. Besonders bevorzugt wird dabei ein Mindestmassenstrom an Luft durch den Strömungspfad vorgesehen, damit das mindestens eine Radial-Luftlager 542, 544 und/oder das mindestens eine Axial-Luftlager ausreichend gekühlt sind. Hier dargestellt ist ein als Verdichterrad 512 ausgestaltetes Laufrad. Gleiches gilt für ein als Turbinenrad ausgestaltetes Laufrad. Die hier gezeigte Strömungsmaschine 500 umfasst ein Turbinenrad 522 und ein Verdichterrad 512, die jeweils einen Druckteiler 567, 568 aufweisen. Dies muss aber nicht so sein. Ebenso kann auch lediglich am Turbinenrad 522 oder am Verdichterrad 512 ein Druckteiler vorgesehen sein. Sofern ein Turbinenrad 522 und ein Verdichterrad 512 vorgesehen sind, werden bevorzugt alle an beiden Laufrädern auftretenden Drücke und daraus resultierenden Axialkräfte zur Bestimmung der Gesamtkraft zu berücksichtigt.The 4 schematically shows the compressor wheel 512 of the 3 with the pressure curves on the front 514 and the back 513 , The print on the front 514 in the entrance area of the compressor wheel 512 is P I. The print on the front 514 in the exit area of the compressor wheel 512 is P A. Here, for simplicity, a linear increase in pressure has been assumed. A flow path here connects the interior region I 1 , I 2 with the volute V 520 . On the back side 513 from the compressor wheel 512 is in a first portion of the flow path proximal to the volute V 520 to a pressure corresponding to the pressure P A substantially. In a second subregion proximal to the inner region I 1 , I 2 , the pressure P G is present , which substantially corresponds to the pressure in the inner region I 1 . The pressure curve is not steady here. Rather, here causes the pressure divider 567 a sudden pressure drop. From the pressures on the front 514 and the back 513 attack, and the corresponding surfaces, where the pressures attack, the individual forces and finally determine the total axial force. By varying the areas of the first and second sub-area at the back 513 (ie variation of the distance dv) and by varying the pressure gradient, the forces can be adjusted. In this case, a minimum mass flow of air through the flow path is particularly preferably provided, so that the at least one radial air bearing 542 . 544. and / or the at least one axial air bearing are sufficiently cooled. Shown here is a compressor wheel 512 designed impeller. The same applies to an impeller designed as a turbine wheel. The turbomachine shown here 500 includes a turbine wheel 522 and a compressor wheel 512 , each one a pressure divider 567 . 568 exhibit. But this does not have to be this way. Likewise, only at the turbine wheel 522 or on the compressor wheel 512 a pressure divider may be provided. Unless a turbine wheel 522 and a compressor wheel 512 are provided, all pressures occurring on both wheels and resulting axial forces are preferably taken into account for determining the total force.

Die 5 zeigt schematisch ein weiteres Verdichterrad 512 mit den Druckverläufen auf der Vorderseite 514 und der Rückseite 513. Das Laufrad 512 ähnelt sehr dem Laufrad der 4. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede erläutert. In der 4 ist der Druckteiler 567 in einem Abstand dv von der Oberfläche der Welle angeordnet, der ca. 60 % vom maximalen Laufradabstand Dv beträgt. Im Gegensatz hierzu ist in 5 ein Druckteiler auf dem Umfangsrand 519 (insbesondere auf dessen Umfangsfläche) vom Verdichterrad 514 vorgesehen. Eine solche Ausgestaltung bringt den zusätzlichen Vorteil mit sich, dass sie besonders platzsparend ist. Dient dieser Druckteiler gleichzeitig als Radialdichtung, so kann vorteilhaft eine Welle mit geringere Gesamtlänge vorgesehen werden. Wie in der 4 ist auch in der 5 der sprunghafte Abfall vom Druck auf der Rückseite lediglich schematisch dargestellt.The 5 schematically shows another compressor wheel 512 with the pressure curves on the front 514 and the back 513 , The impeller 512 is very similar to the impeller of 4 , Only the differences are explained below. In the 4 is the pressure divider 567 arranged at a distance dv from the surface of the shaft, which is about 60% of the maximum impeller distance Dv. In contrast, in 5 a pressure divider on the peripheral edge 519 (Especially on the peripheral surface) of the compressor wheel 514 intended. Such a configuration has the additional advantage that it is particularly space-saving. Serves this pressure divider at the same time as a radial seal, it can be advantageously provided a shaft with lower overall length. Like in the 4 is also in the 5 the sudden drop from the pressure on the back just shown schematically.

Die 6 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Druckteilers 567. Der Druckteiler 567 ist hier auf einen axialen Vorsprung 511 angeordnet, der in axialer Richtung, also in Richtung der Längsachse A-A vom Laufrad 512 bzw. von der Welle 540, angeordnet ist. Hier ist der Druckteiler als Dichtung ausgebildet. Der Druckteiler 567 wird hier von einer Stirnseite des Verdichtergehäuses 516 mit ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann irgendeine andere Stirnseite des Gehäuses, z.B. eine Stirnseite vom Antriebsgehäuse 536, den Druckteiler 567 mit ausbilden. Die Druckverteilung stellt sich nach demselben Prinzip ein wie in 4 und 5.The 6 shows a further embodiment of a pressure divider 567 , The pressure divider 567 is here on an axial projection 511 arranged in the axial direction, ie in the direction of the longitudinal axis AA of the impeller 512 or from the wave 540 , is arranged. Here, the pressure divider is designed as a seal. The pressure divider 567 is here from a front side of the compressor housing 516 with trained. Alternatively or additionally, any other end face of the housing, for example an end face of the drive housing 536 , the pressure divider 567 with training. The pressure distribution follows the same principle as in 4 and 5 ,

Die in den 3 bis 6 gezeigten Druckteiler sind gleichsam in den Ausführungsformen gemäß den 2, 7 und 8 anwendbar.The in the 3 to 6 shown pressure dividers are as it were in the embodiments according to the 2 . 7 and 8th applicable.

Die 7 zeigt eine weitere Ausgestaltung der hier offenbarten Technologie. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu den Ausführungsformen gemäß den vorhergehenden Figuren erläutert. Der Lagerluftkühlkanal 538 ist hier ebenso wie der Kühlflüssigkeitskanal 537 konzentrisch zur Wellenachse A-A angeordnet. Der Lagerluftkühlkanal 538 und der Kühlflüssigkeitskanal 537 umgeben hier den Stator der Antriebsmaschine 530. Der Lagerluftkühlkanal 538 und der Kühlflüssigkeitskanal 537 sind unmittelbar benachbart zueinander angeordnet und verlaufen spiralförmig. Die beiden Kanäle 537,538 bilden hier einen Gas/flüssig Wärmetauscher aus. Durch den Verdichterabzweig 531 strömt die verdichtete Frischluft in den Lagerluftkühlkanal 538 ein und wird dort gekühlt. In der 7 nicht gezeigt ist die Fluidverbindung zwischen dem Lagerluftkühlkanal 538 und dem Innenbereich I1, I2. Ferner sind in der hier gezeigten Ausgestaltung die Axial-Luftlager vereinfachend weggelassen worden. In der hier gezeigten Ausgestaltung wird die verdichtete Frischluft der Volute V510 entnommen. Dies muss aber nicht so sein. Ebenso kann der Lagerluftkühlkanal 538 mit dem Strömungsmaschine-Zuströmungspfad 417 fluidverbunden sein. Ebenso können die Luftströmungspfade durch die Luftlager so ausgestaltet sein, wie es in Verbindung mit den 2 und 8 erläutert wurde. The 7 shows a further embodiment of the technology disclosed here. Only the differences from the embodiments according to the preceding figures will be explained below. The bearing air cooling channel 538 is here as well as the coolant channel 537 arranged concentrically to the shaft axis AA. The bearing air cooling channel 538 and the cooling liquid channel 537 surround here the stator of the prime mover 530 , The bearing air cooling channel 538 and the cooling liquid channel 537 are arranged immediately adjacent to each other and run in a spiral. The two channels 537.538 here form a gas / liquid heat exchanger. Through the compressor branch 531 the compressed fresh air flows into the bearing air cooling channel 538 and is cooled there. In the 7 not shown is the fluid connection between the bearing air cooling channel 538 and the interior I 1 , I 2 . Furthermore, in the embodiment shown here, the axial air bearings have been omitted for simplicity. In the embodiment shown here, the compressed fresh air of the volute V510 taken. But this does not have to be this way. Likewise, the bearing air cooling channel 538 with the turbomachine inflow path 417 be fluidly connected. Likewise, the air flow paths through the air bearings can be configured as it is in connection with the 2 and 8th was explained.

Die 8 zeigt eine weitere Ausgestaltung der hier offenbarten Technologie. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu den Ausführungsformen gemäß den vorhergehenden Figuren erläutert. In der 8 ist eine Scheibe 546 offenbart, die drehfest mit der Welle 540 ausgebildet ist. Die Scheibe 546 ist Teil eines Axial-Luftlagers, dass zumindest bereichsweise zwischen den zwei Laufrädern 512, 522 angeordnet ist. Ein Scheibenzuströmpfad 539 für die verdichtete und gekühlte Luft mündet hier im Umfangsbereich der Scheibe 546. Der Scheibenzuströmpfad 539 ist hier fluidverbunden mit dem Lagerluftkühlkanal 538. Dies muss aber nicht so sein. Alternativ könnte der Scheibenzuströmpfad 539 beispielsweise mit dem Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad 417 fluidverbunden sein. Im Umfangsbereich der Scheibe 546 teilt sich der Scheibenzuströmpfad in zwei Teilströmungspfade auf. In der hier dargestellten Ausgestaltung ist das Radial-Luftlager 544 zwischen der Scheibe 546 und dem Innenbereich I1, I2 angeordnet. Dies muss aber nicht so sein. Zweckmäßig kann das Radial-Luftlager 544 auch zwischen der Scheibe 546 und dem Turbinenrad 522 angeordnet sein. Die beiden Teilströmungspfade werden zumindest bereichsweise von den zwei gegenüberliegenden Seiten der Scheibe 546 mit ausgebildet. Jeder Teilströmungspfad verläuft hier kreisringförmig vom Umfangsbereich der Scheibe 546 zur Mittelachse A-A der Welle 540 hin. Die Strömungsmaschine 500 ist derart ausgebildet, dass im Umfangsbereich der Scheibe 546 ein höherer Druck vorliegt als im Innenbereich I1, I2 des Antriebsgehäuses 536. Ferner ist der Druck im Umfangsbereich der Scheibe 546 höher als im turbinenseitigen Laufradgehäuse 526. Diese Druckverhältnisse können erzielt werden durch Entnahme der Frischluft aus dem Energiewandler-Zuströmungspfad 415 an einer geeigneten Stelle sowie durch entsprechend geringe Druckverluste in den Lagerluft führenden Kanälen 538, 539. Alternativ oder zusätzlich kann der Druck im Turbinengehäuse 526 noch durch die hier offenbarte variable Turbinengeometrie (nicht gezeigt) beeinflusst werden. Der Innenraum I1, I2 umfasst hier einen Auslass 560, durch den die in den Innenraum I1, I2 eingebrachte Frischluft entweichen kann. Das hier dargestellte Axial-Luftlager mit der Scheibe 546 ist eingerichtet, etwaige Axialkräfte der Welle 540 aufzunehmen. Mit der hier offenbarten Technologie lässt sich vorteilhaft sicherstellen, dass einerseits Axialkräfte sicher beherrscht werden und andererseits kein feuchtes Abgas in den Innenbereich I1, I2 eindringt. Besonders vorteilhaft ist hier die Kompensation von Axialkräften unabhängig von der Menge an abgasfreier Frischluft, die den turbinenseitigen und/oder verdichterseitigen Luftlagern bereitgestellt wird. Somit kann mit dieser Ausgestaltung die Luftmenge zur Kühlung des mindestens einen Luftlagers variiert werden, ohne dass dadurch die Kompensation der Querkräfte und oder die Strömungsrichtung in dem mindestens einen Luftlager beeinflusst wird. Je nach Ausgestaltung der Druckdifferenzen ist ebenso vorstellbar, dass abgasfreie Frischluft aus dem Innenbereich I1, I2 in das verdichterseitige Luftlager einströmt und durch die verdichterseitige Volute V510 das Luftlager wieder verlässt.The 8th shows a further embodiment of the technology disclosed here. Only the differences from the embodiments according to the preceding figures will be explained below. In the 8th is a slice 546 discloses that rotatably with the shaft 540 is trained. The disc 546 is part of an axial-air bearing that at least partially between the two wheels 512 . 522 is arranged. A disk inflow path 539 for the compressed and cooled air flows here in the peripheral region of the disc 546 , The disk inflow path 539 here is fluidly connected to the bearing air cooling channel 538 , But this does not have to be this way. Alternatively, the disk inflow path could 539 for example, with the turbomachine inflow path 417 be fluidly connected. In the peripheral area of the disc 546 the disk inflow path divides into two partial flow paths. In the embodiment shown here is the radial air bearing 544. between the disc 546 and the inner region I 1 , I 2 arranged. But this does not have to be this way. Conveniently, the radial air bearing 544. also between the disc 546 and the turbine wheel 522 be arranged. The two partial flow paths are at least partially from the two opposite sides of the disc 546 with trained. Each Teilströmungspfad runs here annularly from the peripheral region of the disc 546 to the central axis AA of the shaft 540 out. The turbomachine 500 is formed such that in the peripheral region of the disc 546 a higher pressure than in the inner region I 1 , I 2 of the drive housing 536 , Furthermore, the pressure in the peripheral region of the disc 546 higher than in the turbine-side impeller housing 526 , These pressure ratios can be achieved by removing the fresh air from the energy converter inflow path 415 at a suitable location and by correspondingly low pressure losses in the bearing air leading channels 538 . 539 , Alternatively or additionally, the pressure in the turbine housing 526 are still influenced by the variable turbine geometry (not shown) disclosed herein. The interior I 1 , I 2 comprises an outlet here 560 through which the introduced into the interior I 1 , I 2 fresh air can escape. The axial air bearing with the disc shown here 546 is set up, any axial forces of the shaft 540 take. With the technology disclosed here, it can be advantageously ensured that, on the one hand, axial forces are reliably controlled and, on the other hand, that no moist exhaust gas penetrates into the inner region I 1 , I 2 . Particularly advantageous here is the compensation of axial forces regardless of the amount of exhaust-free fresh air, which is provided to the turbine-side and / or compressor-side air bearings. Thus, with this embodiment, the amount of air for cooling the at least one air bearing can be varied, without affecting the compensation of the transverse forces and or the flow direction in the at least one air bearing. Depending on the design of the pressure differences is also conceivable that exhaust-free fresh air from the inner region I 1 , I 2 flows into the compressor-side air bearing and leaves the air bearing again by the volute V 510 on the compressor side.

Die 9 zeigt schematisch einen Teil eines Brennstoffzellensystems eines Kraftfahrzeugs mit einer weiteren Ausgestaltung der hier offenbarten Strömungsmaschine 500. die Strömungsmaschine umfasst hier eine Verdichtereinheit 510, die einen Kathodenzuströmungspfad 415 mit ausbildet. Die Verdichtereinheit 510 saugt durch einen Luftfilter 700 gefilterte Luft an und verdichtet diese. Vom Kathodenzuströmungspfad 415 zweigt hier der Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad 417 ab. Der Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad 417 ist hier direkt fluidverbunden mit den Luftlagern der Strömungsmaschine 500, von denen hier schematisch die Radial-Luftlager 542, 544 gezeigt sind. An den Luftlagern sind hier Luftlager-Temperatursensoren TT, TV vorgesehen. Ferner ist im Strömungspfad 417 ein Drucksensor angeordnet. Im Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad 417 kann hier ferner ein Wärmetauscher 422 angeordnet sein. Der Ladeluftkühler 420 (vgl. 1) kann ebenso eingesetzt werden in einer Ausgestaltung nach einem der vorhergehenden Figuren. Ist ein solcher Wärmetauscher 422 vorgesehen, so kann der Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad 417 auch stromauf vom Ladeluftkühler 420 abzweigen. Ist dies der Fall, kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Ladeluftkühler 420 und die Einrichtung 430 zur Befeuchtung der befeuchteten Frischluft als eine integrierte Einrichtung ausgebildet werden. Eine solche Kombination von Ladeluftkühler und Befeuchter ist besonders platzsparend, leicht und/oder kostengünstig. Bevorzugt ist der Wärmetauscher 422 ein flüssig/Gas Wärmetauscher. Beispielsweise kann Wasser W als Kühlmedium eingesetzt werden. Das Ventil 418 kann genauso angeordnet werden, wie es im Zusammenhang mit dem Ventil 418 der 1 erläutert wurde. Ferner kann das Ventil 418 auch an den Stellen angeordnet sein, wie es im Zusammenhang mit der 1 erläutert wurde. Die elektrische Antriebsmaschine 530 und der Stromrichter 600 verfügen hier über getrennte Kühlmittelzuleitungen und getrennte Kühlmittelableitungen. Ferner ist der Inwerter 600 hier über drei entsprechend geschirmte elektrische Leitungen mit der elektrischen Antriebsmaschine verbunden. Weitere Komponenten des Brennstoffzellensystems, wie sie beispielsweise in der 1 gezeigt sind, wurden hier vereinfachend weggelassen.The 9 schematically shows a part of a fuel cell system of a motor vehicle with a further embodiment of the turbomachine disclosed here 500 , the turbomachine here comprises a compressor unit 510 forming a cathode inflow path 415 with trains. The compressor unit 510 sucks through an air filter 700 filtered air and compresses them. From the cathode inflow path 415 here branches the turbomachine inflow path 417 from. The turbomachine inflow path 417 Here is directly fluidly connected to the air bearings of the turbomachine 500 , of which here schematically the radial air bearings 542 . 544. are shown. At the air bearings here air bearing temperature sensors T T , T V are provided. Further, in the flow path 417 a pressure sensor arranged. In the turbomachine inflow path 417 can here also a heat exchanger 422 be arranged. The intercooler 420 (see. 1 ) can also be used in an embodiment according to one of the preceding figures. Is such a heat exchanger 422 provided, the turbomachine inflow path 417 also upstream of the intercooler 420 branch. If this is the case, it may be provided, for example, that the intercooler 420 and the Facility 430 be designed to moisten the humidified fresh air as an integrated device. Such a combination of intercooler and humidifier is particularly space-saving, lightweight and / or inexpensive. The heat exchanger is preferred 422 a liquid / gas heat exchanger. For example, water W can be used as a cooling medium. The valve 418 can be arranged the same way as it is related to the valve 418 of the 1 was explained. Furthermore, the valve 418 also be arranged in the places as related to the 1 was explained. The electric drive machine 530 and the power converter 600 have separate coolant supply lines and separate coolant outlets here. Further, the inwerter 600 connected here via three correspondingly shielded electrical lines to the electric drive machine. Other components of the fuel cell system, such as those in the 1 are shown, have been omitted here simplistic.

Die 10 zeigt eine weitere Ausgestaltung der hier offenbarten Technologie. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu den Ausführungsformen gemäß der 9 erläutert. In dieser Ausgestaltung verfügt die Strömungsmaschine 500 über einen Anbaustromrichter 600. Die elektrische Antriebsmaschine 530 und der Anbaustromrichter 600 weisen einen gemeinsamen Kühlkreislauf mit einer gemeinsamen Kühlmittelzuleitung und einer gemeinsamen Kühlmittelableitung auf. Als Kühlmittel wird wiederum Wasser W verwendet. Der Wärmetauscher 422 wurde hier ersetzt durch einen in die Strömungsmaschine 500 integrierten Wärmetauscher 622. Der integrierte Wärmetauscher 622 kann beispielsweise im Anbaustromrichter 600 und/oder in der elektrischen Antriebsmaschine 530 aufgenommen sein. Insbesondere kann dieser Wärmetauscher den hier offenbarten Kühlflüssigkeitskanal und/oder Lagerluftkühlkanal aufweisen. Ebenso kann das Ventil 418 in den Anbaustromrichter 600 integriert sein. Dies muss aber nicht so sein.The 10 shows a further embodiment of the technology disclosed here. Hereinafter, only the differences from the embodiments according to the 9 explained. In this embodiment, the turbomachine 500 via a mounted rectifier 600 , The electric drive machine 530 and the mounted rectifier 600 have a common cooling circuit with a common coolant supply line and a common coolant discharge. In turn, water W is used as the coolant. The heat exchanger 422 was replaced by one in the turbomachine 500 integrated heat exchanger 622 , The integrated heat exchanger 622 can be used, for example, in a mounted power converter 600 and / or in the electric drive machine 530 be included. In particular, this heat exchanger can have the cooling liquid channel and / or bearing air cooling channel disclosed here. Likewise, the valve 418 in the mounted rectifier 600 be integrated. But this does not have to be this way.

Die hier offenbarten Aspekte, insbesondere hinsichtlich

  1. i) den hier offenbarten Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad 417;
  2. ii) des hier offenbarten Verdichterabzweig 531
  3. 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;
  4. iv) des hier offenbarten Verfahrens zur Lagerluftkühlung abhängig von der Temperatur;
  5. v) die hier offenbarte Lagerluftführung, insbesondere im Innenbereich I1, I2;
  6. vi) den hier offenbarten Kühlflüssigkeitskanal 537 und den hier offenbarten Lagerluftkühlkanal 538;
  7. 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.
The aspects disclosed here, in particular with regard to
  1. i) the turbomachine inflow path disclosed herein 417 ;
  2. ii) of the compressor branch disclosed herein 531
  3. 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;
  4. iv) the method of storage air cooling disclosed herein, depending on the temperature;
  5. v) the bearing air guide disclosed here, in particular in the inner region I 1 , I 2 ;
  6. vi) the coolant channel disclosed herein 537 and the bearing air cooling channel disclosed herein 538 ;
  7. 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.)

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102017211917 [0048]DE 102017211917 [0048]

Claims (11)

Kraftfahrzeug, umfassend: - eine Strömungsmaschine (500), die eingerichtet ist, über einen Energiewandler-Zuströmungspfad (415) Luft mindestens einem Energiewandler (300) zuzuführen; und - 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 in die Strömungsmaschine (500) ohne Beimischung von Abgas aus dem Energiewandler (300) mündet.Motor vehicle comprising: a turbomachine (500) arranged to supply air to at least one energy converter (300) via an energy converter inflow path (415); and - a charge air cooler (420) arranged to cool the compressed air; wherein at least one turbomachine inflow path (417) branches off downstream of the charge air cooler (420) from the energy converter inflow path (415) and into the turbomachine (500) without admixture of exhaust gas from the energy converter (300). Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad (417) stromauf von einer Einrichtung (430) zur Befeuchtung der Luft vom Energiewandler-Zuströmungspfad (415) abzweigt.Motor vehicle after Claim 1 wherein the turbomachine inflow path (417) branches upstream of a means (430) for humidifying the air from the energy converter inflow path (415). Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Strömungsmaschine (500) einen Gehäusebereich aufweist, dessen Innenbereich (I1, I2) von einem turbinenseitigen Laufradgehäuse (526) abgetrennt ist; und wobei der Innenbereich (I1, I2) direkt fluidverbunden ist mit dem Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad (417).Motor vehicle after Claim 1 or 2 wherein the turbomachine (500) has a housing portion whose inner region (I 1 , I 2 ) is separated from a turbine-side impeller housing (526); and wherein the inner region (I 1 , I 2 ) is directly fluidly connected to the turbomachine inflow path (417). Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Strömungsmaschine (500) derart gestaltet ist, dass mindestens ein Luftlager der Strömungsmaschine von der durch den Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad (417) dem Innenbereich (I1, I2) zugeführten Luft durchströmbar ist.Motor vehicle according to one of the preceding claims, wherein the turbomachine (500) is designed such that at least one air bearing of the turbomachine from the through the turbomachine inflow path (417) the inner region (I 1 , I 2 ) is supplied through the air. Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Innenbereich (I1, I2) derart ausgebildet und fluidverbunden ist mit mindestens einem Laufrad (512, 522), insbesondere Turbinenrad (512), dass im Innenbereich (I1, I2) während des Betriebs der Strömungsmaschine immer ein höherer Druck vorliegt als in einem turbinenseitigen Laufradgehäuse (526).Motor vehicle according to one of the preceding claims, wherein the inner region (I 1 , I 2 ) is formed and fluidly connected to at least one impeller (512, 522), in particular turbine wheel (512) that in the inner region (I 1 , I 2 ) during the Operating the turbomachine is always a higher pressure than in a turbine-side impeller housing (526). Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei durch ein Strömungswiderstandselement im Strömungsmaschinen-Zuströmungspfad (417) der Luftmassenstrom in das mindestens eine Luftlager begrenzt ist.Motor vehicle according to one of the preceding claims, wherein by a flow resistance element in the turbomachine inflow path (417) of the air mass flow is limited in the at least one air bearing. Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Scheibe (546) eines Axial-Luftlagers mit der Welle (540) zwischen zwei Laufrädern (512, 522) drehfest verbunden ist, wobei ein Scheibenzuströmpfad (539) für verdichtete Luft im Umfangsbereich der Scheibe (546) derart mündet, dass sich dort die Luft in zwei Teilströmungspfade aufteilt.Motor vehicle according to one of the preceding claims, wherein a disc (546) of an axial-air bearing with the shaft (540) between two wheels (512, 522) is rotatably connected, wherein a disc inflow path (539) for compressed air in the peripheral region of the disc (546 ) opens in such a way that there the air is divided into two partial flow paths. Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Strömungsmaschine (500) mindestens einen Kühlflüssigkeitskanal (537) aufweist, und wobei Luft zum Kühlen des mindestens einen Luftlagers zumindest bereichsweise zur Abkühlung der Luft unmittelbar benachbart zum Kühlflüssigkeitskanal (537) geführt ist.Motor vehicle according to one of the preceding claims, wherein the turbomachine (500) at least one cooling liquid channel (537), and wherein air for cooling the at least one air bearing at least partially to the cooling of the air immediately adjacent to the cooling liquid channel (537) is guided. Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, umfassend die Schritte: - Zuführen von verdichteter Luft zu mindestens einem Energiewandler (300) über einen Energiewandler-Zuströmungspfad (415) mittels einer Strömungsmaschine (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 Abgas aus dem Energiewandler (300).Method for operating a motor vehicle, comprising the steps: - supplying compressed air to at least one energy converter (300) via an energy converter inflow path (415) by means of a turbomachine (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 into the turbomachine (500) without admixture of exhaust gas from the energy converter (300). Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend die Schritte: - Kühlen von mindestens einem Luftlager der Strömungsmaschine (500), indem die abgezweigte und zugeführte Luft von einem Innenbereich (I1, I2) eines Antriebsgehäuses (536) der Strömungsmaschine (500) zu dem mindestens einen Luftlager transportiert wird, wobei im Innenbereich (I1, I2) ein höherer Druck vorherrscht als in zumindest einem der Laufradgehäuse (516, 526).Method according to Claim 9 further comprising the steps of: cooling at least one air bearing of the turbomachine (500) by transporting the branched and supplied air from an inner region (I 1 , I 2 ) of a drive housing (536) of the turbomachine (500) to the at least one air bearing is, wherein in the inner region (I 1 , I 2 ), a higher pressure prevails over than in at least one of the impeller housing (516, 526). Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, ferner umfassend den Schritt: - 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.Method according to one of Claims 9 or 10 further comprising the step of: - 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.
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