DE102019110737B4 - Turbogebläse mit laufradeinheit - kühlerlüfter für eine brennstoffzelle - Google Patents

Turbogebläse mit laufradeinheit - kühlerlüfter für eine brennstoffzelle Download PDF

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Abstract

Turbogebläse (1) mit einem Laufradeinheit - Kühlerlüfter (240) für eine Brennstoffzelle, umfassend:- eine Gebläsegehäuseeinheit (100), welche die Strömung von angesaugter Luft leitet und aus der die angesaugten Luft austritt und welche in eine erste Luftansaugkammer (110) und eine zweite Luftansaugkammer (120) unterteilt ist, und- eine Laufradeinheit (200), die in der zweiten Luftansaugkammer (120) der Gebläsegehäuseeinheit (100) angeordnet ist, Luft ansaugt und eine Strömung der Luft und dadurch Druckluft in der Gebläsegehäuseeinheit (100) erzeugt, wobei die Laufradeinheit (200) durch Luftkühlung als auch Wasserkühlung gekühlt wird, wobei die Gebläsegehäuseeinheit (100) umfasst:- eine erste Luftansaugkammer (110), in welche durch ein Laufrad (230) angesaugte Luft strömt,- eine zweite Luftansaugkammer (120), in welche durch den Laufradeinheit - Kühlerlüfter (240) angesaugte Luft strömt,- einen ersten Luftansaugkanal (130), der das Ansaugen von Luft in die erste Luftansaugkammer (110) durch das Laufrad (230) ermöglicht,- einen ersten Luftaustrittskanal (140), welcher der durch den ersten Luftansaugkanal (130) angesaugten und mittels der Laufradeinheit (200) verdichteten Luft das Austreten zu einem Brennstoffzellenstapel ermöglicht,- einen zweiten Luftansaugkanal (150), der das Ansaugen von Luft in die zweite Luftansaugkammer (120) durch den Laufradeinheit - Kühlerlüfter (240) ermöglicht,- einen zweiten Luftaustrittskanal (160), welcher das Austreten der Luft, die durch den zweiten Luftansaugkanal (150) angesaugt wurde und die Laufradeinheit (200) gekühlt hat, ermöglicht,- einen Kühlluftpfad (170), der sich von dem zweiten Luftansaugkanal (150) durch die Laufradeinheit (200) hindurch entlang eines Abschnitts des Rotors (220) zu dem zweiten Luftaustrittskanal (160) erstreckt, und- einen Laufradeinheit - Wasserkühler (180), welcher der Laufradeinheit (200) benachbart ausgebildet ist und eine Umlaufrinne (181) zum Einströmen des Kühlwassers aufweist, welche die Laufradeinheit (200) unter Verwendung des von außen zugeführten Kühlwasserstroms kühlt, wobei die Laufradeinheit (200), welche das Ansaugen von Luft in die erste Luftansaugkammer (110) und die zweite Luftansaugkammer (120) ermöglicht, umfasst:einen Stator (210),- einen Rotor (220),- das an einem Ende des Rotors (220) angeordnete Laufrad (230) und- den Laufradeinheit - Kühlerlüfter (240), der an dem entgegengesetzten Ende des Rotors (220) von dem Laufrad (230) beabstandet angeordnet ist, wobei der Laufradeinheit - Kühlerlüfter (240) in der zweiten Luftansaugkammer (120) angeordnet ist und Luft in die zweite Luftansaugkammer (120) saugt, undwobei sich das Laufrad (230) und der Laufradeinheit - Kühlerlüfter (240) zusammen mit dem Rotor (220) mit hoher Drehzahl drehendadurch gekennzeichnet, dassdie in den zweiten Luftansaugkanal (150) gesaugte Luft durch den Laufradeinheit - Kühlerlüfter (240) komprimiert wird,wobei der Kühlwasserstrom und die entlang dem Kühlluftpfad strömende Luft gemeinsam einen Abschnitt der Laufradeinheit (200) kühlen, der sich mit hoher Geschwindigkeit in der zweiten Luftansaugkammer (120) dreht.

Description

  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Turbogebläse mit einem Laufradeinheit - Kühlerlüfter für eine Brennstoffzelle und insbesondere ein Turbogebläse mit einem Laufradeinheit - Kühlerlüfter für eine Brennstoffzelle, wobei das Turbogebläse den Wirkungsgrad und die Haltbarkeit einer Laufradeinheit verbessert, indem ein Temperaturanstieg durch Kühlung der Laufradeinheit, die Hochdruckluft erzeugt, unter Verwendung einer Kühlstruktur verhindert wird, die sowohl eine Luftkühlung als auch eine Wasserkühlung verwendet.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Aufgrund von Problemen wie dem stetigen Ölpreisanstieg wegen der Erschöpfung fossiler Energien und der Umweltbelastung durch von Fahrzeugen ausgestoßene Abgase ist die Entwicklung von Fahrzeugen, die eine Brennstoffzelle verwenden, noch dringender erforderlich.
  • Die Brennstoffzelle ist eine Zelle, die in der Lage ist, während der Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff elektrische Energie zu erzeugen. Dementsprechend umfasst ein Brennstoffzellenfahrzeug einen Brennstoffzellenstapel, einen Wasserstoffzuführer zum Zuführen des Wasserstoffs zu dem Brennstoffzellenstapel und ein Luftgebläse usw. zum Zuführen der Druckluft zu dem Brennstoffzellenstapel.
  • Es ist insbesondere bei dem Luftgebläse für eine Brennstoffzelle eine geringe Strömungsgeschwindigkeit und ein hoher Druck erforderlich. Es erfordert auch eine hohe Haltbarkeit und ein geringe Geräuschentwicklung und einen ausgedehnten Antriebsbereich.
  • Ein solches Luftgebläse für eine Brennstoffzelle ist eine Vorrichtung zum Zuführen eines zur Stromerzeugung in dem Brennstoffzellenstapel erforderlichen Sauerstoffs und ein wesentlicher Bestandteil des Brennstoffzellensystems. Es schließt auch das Verfahren des Verdichtens der Atmosphäre ein, um den Durchflusswiderstand zu reduzieren, der bei dem Vorgang des Weiterleitens an den Brennstoffzellenstapel erzeugt wird.
  • Auch werden die Arten der Luftgebläse für die Brennstoffzelle durch das im Brennstoffzellenstapel erforderliche Niveau von Luftdruck und Strömungsgeschwindigkeit bestimmt. Es wird zum Beispiel im Bereich von niedrigem Druck und hoher Strömungsgeschwindigkeit ein Verdichter vom Schrauben - oder Verdrängertyp eingesetzt. Im Bereich relativ hoher Strömungsgeschwindigkeit und niedrigeren Drucks wird im Allgemeinen ein Verdichter vom Turbotyp eingesetzt.
  • Im Fall des Schraubenverdichters wird dieser mit einer Drehzahl betrieben, die niedriger als diejenige des Verdichters vom Turbotyp ist, und er weist eine intuitiv verständliche Verdichtungsstruktur auf. Er weist jedoch schwere und umfangreiche Mängel auf. Im Fall des Verdichters vom Turbotyp weist dieser eine preiswerte, aber kleine und einfache Struktur auf. Es ist jedoch notwendig, die für eine hohe Drehgeschwindigkeit geeignete Schmierstruktur sicherzustellen.
  • Die vorliegende Erfindung konzentriert sich auf die Versuche zum Kühlverfahren und zur Kühlstruktur des herkömmlichen Brennstoffzellen - Luftgebläses für Fahrzeuge. Dementsprechend soll das Luftgebläse für die Brennstoffzelle bereitgestellt werden, das in der Lage ist, den Wirkungsgrad und die Haltbarkeit durch Abfangen der Wärme des Luftgebläses für eine Brennstoffzelle zu verbessern.
  • Als Stand der Technik im Zusammenhang mit einem Turbogebläse für eine Brennstoffzelle mit einem Laufrad - Kühlerlüfter ist ein „Luftgebläse für ein Brennstoffzellenfahrzeug“ der koreanischen Patentanmeldung KR 101735042 B1 (im Folgenden als „Patentliteratur 1“ bezeichnet) offenbart.
  • Wie in (a) von 5 gezeigt, betrifft sie ein Luftgebläse für ein Brennstoffzellenfahrzeug mit einer Luftströmungsnut, die an einem Bereich ausgebildet ist, der einen äußeren Umfangsabschnitt eines Lagers berührt, wodurch ermöglicht wird, die Haltbarkeit durch Reduzieren einer Wellenlast und durch einen Kühlwasserkanal, der in einem Motorgehäuse ausgebildet ist, zu verbessem, wodurch ermöglicht wird, den Kühlwirkungsgrad weiter zu erhöhen.
  • Als weiterer Stand der Technik ist ein „Luftgebläse für ein Brennstoffzellenfahrzeug“ der koreanischen Patentveröffentlichung KR 1020160097884 A (nachfolgend als „Patentliteratur 2“ bezeichnet) offenbart.
  • Die Patentliteratur 2 betrifft ein Luftgebläse für ein Brennstoffzellenfahrzeug mit einem Gehäuse, einem Laufradträgerteil, einem Laufradgehäuse, einer hinteren Abdeckung und einem Gebläsemotor. Das Gehäuse bildet die Außenseite des Luftgebläses. Das Laufradträgerteil ist mit der Vorderseite des Gehäuses gekoppelt und trägt ein Laufrad, das Außenluft ansaugt. Das Laufradgehäuse ist mit dem Laufradträgerteil gekoppelt, um das Laufrad abzudecken, und weist einen Lufteintritt, der Luft ansaugt, und einen Luftaustritt, der Druckluft abgibt, auf. Die hintere Abdeckung ist mit der Rückseite des Gehäuses gekoppelt. Der Gebläsemotor ist im Inneren des Gehäuses eingebaut und treibt die Drehung des Laufrades an. Das Laufradträgerteil kann einen ersten Strömungspfad einschließen, über den die vom Laufrad angesaugte Luft in das Gehäuse eingeleitet werden kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Luftgebläse, da das Luftgebläse keinen separaten Entwässerungsschlauch und keinen Anschluss für die Entwässerung aufweist, einfach gehandhabt werden, und es ist nicht notwendig einen Entwässerungsschlauch auszutauschen. Darüber hinaus kann ein Rotor des Gebläsemotors ausreichend gekühlt werden, um eine Verschlechterung der Haltbarkeit eines Lagers und einer Lebensdauerverkürzung durch Erwärmung des Rotors zu reduzieren.
  • Wie oben beschrieben, liegt die Patentliteratur 1 und 2 im gleichen technischen Gebiet wie die vorliegende Erfindung und hinsichtlich der durch die Erfindung zu lösenden Gegenstände (Aufgabe der Erfindung) sind sie teilweise identisch mit der vorliegenden Erfindung. Es gibt jedoch Unterschiede bei den Mitteln zur Lösung, d. h. den Komponenten und den gegenseitigen Effekten untereinander.
  • Somit unterscheiden sich die technischen Merkmale davon voneinander.
  • Patentliteratur
    • Patentliteratur 1: Koreanische Patentveröffentlichungs-Nr. KR 101735042 B1 (22. März 2012)
    • Patentliteratur 2: Koreanische Patentveröffentlichung-Nr. KR 1020160097884 A (18. August 2016)
  • Die Patentanmeldungsveröffentlichung US 2009/0315416 A1 offenbart kein Turbogebläse, sondern lediglich einen Motor, auf dessen Welle ein Laufrad angeordnet ist, sodass neben der Wasser-Mantelkühlung des Motorgehäuses ein axialer Luftstrom durch das Gehäuse hindurch bewirkt wird, welcher den Gehäuseinnenraum zusätzlich kühlt. Demnach ist an der Motorwelle nur ein Laufrad angeordnet.
  • In der Patentanmeldungsveröffentlichung US 2005/0194847 A1 ist ebenfalls kein Turbogebläse offenbart. Der darin beschriebene Motor weist ein Gehäuse auf, durch welches Leitungen geführt sind, die ein verdampfungsfähiges Kühlmittel führen. Das Kühlmittel nimmt in dem Innenraum des Motorgehäuses Wärme auf und verdampft dabei. Die aufgenommene Wärme gibt das Kühlmittel während seiner Kondensation in außerhalb des Gehäuses befindlichen Abschnitten der Leitungen wieder ab, welche einem Kühlluftstrom ausgesetzt sein können, der von einem auf der Motorwelle angeordneten Laufrad erzeugt wird. Darum wird der Innenraum des Gehäuses nur durch die Wärmeaufnahme durch das Kühlmittel gekühlt, wohingegen kein sich durch das Gehäuse erstreckender Kühlluftpfad vorhanden ist.
  • Die aus den Patentanmeldungsveröffentlichungen CN 105351231 A und KR 1020110065167 A bekannten Turbogebläse weisen eine Laufradeinheit mit nur einem Laufrad auf.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung soll die Probleme des Stands der Technik lösen und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Turbogebläse mit einem Laufradeinheit - Kühlerlüfter für eine Brennstoffzelle bereitzustellen, wobei das Turbogebläse den Wirkungsgrad und die Haltbarkeit durch Verringern eines Temperaturanstiegs in einer Gebläseeinheit verbessert, indem eine Kühlstruktur gebildet wird, die gleichzeitig einen Luftkühlungstyp und einen Wasserkühlungstyp verwendet.
  • Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Turbogebläse mit einem Laufradeinheit - Kühlerlüfter für eine Brennstoffzelle bereitzustellen, wobei das Turbogebläse einen Temperaturanstieg in einer Laufradeinheit dadurch reduziert, dass unter Verwendung der Laufradeinheit Luft in eine zweite Luftansaugkammer einer Gebläsegehäuseeinheit auf natürliche Weise angesaugt wird und die angesaugte Luft auf einen bestimmten Pfad geleitet wird.
  • Zur Lösung der genannten Aufgaben stellt die Erfindung ein Turbogebläse mit den Merkmalen des Anspruches 1 bereit.
  • Figurenliste
  • Die obigen und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Kombination mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher, wobei sie Folgendes zeigen:
    • 1 eine Ansicht, welche die Konfiguration eines Turbogebläses mit einem Laufradeinheit - Kühlerlüfter für eine Brennstoffzelle der vorliegenden Erfindung zeigt,
    • 2 eine perspektivische Ansicht des Turbogebläses mit einem Laufradeinheit - Kühlerlüfter für eine Brennstoffzelle der vorliegenden Erfindung,
    • 3 eine Querschnittansicht des Turbogebläses mit einem Laufradeinheit - Kühlerlüfter für eine Brennstoffzelle der vorliegenden Erfindung,
    • 4 ein Flussdiagramm, das einen Betrieb und eine Strömung der angesaugten Luft in dem Turbogebläses mit einem Laufradeinheit - Kühlerlüfter für eine Brennstoffzelle der vorliegenden Erfindung darstellt, und
    • 5 eine darstellende Ansicht des Turbogebläses des herkömmlichen Stands der Technik mit einem Laufradeinheit - Kühlerlüfter für eine Brennstoffzelle der vorliegenden Erfindung.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachfolgend kann die Erfindung in verschiedener Weise modifiziert werden und verschiedene Ausführungsformen aufweisen, wobei bestimmte Ausführungsformen in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt und detailliert beschrieben sind. Die Erfindung ist jedoch nicht auf bestimmte Ausführungsformen beschränkt, und es versteht sich, dass die Erfindung alle Modifikationen, Äquivalente und Substitute einschließt, die innerhalb des Geistes und technischen Schutzumfangs der Erfindung eingeschlossen sind. Die Ausführungsbeispiele sind bereitgestellt, um dem Fachmann die Erfindung genauer zu erläutern. Dementsprechend kann die Form jedes Elements, das in den Zeichnungen dargestellt ist, übertrieben sein, um eine offensichtlichere Beschreibung zu unterstreichen, und wenn bestimmt wird, dass eine spezifische Beschreibung über verwandte Technik den Kern der Erfindung verwischen kann, wird auf eine detaillierte Beschreibung derselben verzichtet.
  • Nachfolgend werden Funktionen, Komponenten und Wirkungen des Turbogebläses mit einem Laufradeinheit - Kühlerlüfter für eine Brennstoffzelle der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
  • 1 ist eine Ansicht, welche die Konfiguration eines Turbogebläses mit einem Laufradeinheit - Kühlerlüfter für eine Brennstoffzelle der vorliegenden Erfindung zeigt, 2 ist eine perspektivische Ansicht des Turbogebläses mit einem Laufradeinheit - Kühlerlüfter für eine Brennstoffzelle der vorliegenden Erfindung und 3 Querschnittansicht des Turbogebläses mit einem Laufradeinheit - Kühlerlüfter für eine Brennstoffzelle der vorliegenden Erfindung.
  • Wie in 1 bis 3 gezeigt, ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass ein Turbogebläse (1) mit einem Laufradeinheit - Kühlerlüfter für eine Brennstoffzelle Folgendes einschließt:
    • eine Gebläsegehäuseeinheit (100), welche Strömung und Austritt von angesaugter Luft leitet; und
    • eine Laufradeinheit (200), die in der Gebläsegehäuseeinheit (100) angeordnet ist, Luft ansaugt und eine Strömung der Luft erzeugt,
    • wobei die Gebläsegehäuseeinheit (100) Folgendes einschließt:
      • einen zweiten Luftansaugkanal (150), welcher das Ansaugen der Luft in eine zweite Luftansaugkammer (120) der Gebläsegehäuseeinheit (100) durch einen Laufradeinheit - Kühlerlüfter (240) ermöglicht; und
      • einen zweiten Luftaustrittskanal (160), durch den die durch den zweiten Luftansaugkanal (150) angesaugte Luft austritt,
      • wobei die Laufradeinheit (200) Folgendes einschließt:
        • den Laufradeinheit - Kühlerlüfter (240), der in der entgegengesetzten Richtung von einem Laufrad (230) beabstandet ist, das an ein Ende eines Rotors (220) gekoppelt ist, der an das andere Ende des Rotors (220) gekoppelt ist, der in der zweiten Luftansaugkammer (120) angeordnet ist und Luft in die zweite Luftansaugkammer (120) ansaugt, und
        • dass ein Temperaturanstieg in der Laufradeinheit (200), die mit hoher Drehzahl gedreht wird, reduziert wird und Wirkungsgrad und Haltbarkeit maximiert werden.
  • Das heißt, die vorliegende Erfindung, die ein Turbogebläse für eine Brennstoffzelle ist, die Sauerstoff zu einem Brennstoffzellenstapel zuführt, dient zum Lösen von Problemen mit einem Turbogebläse für eine Brennstoffzelle (kurze Lebensdauer und Verschlechterung des Wirkungsgrades), die durch Hochtemperaturwärme erzeugt werden, durch Maximieren der Kühlwirkung des Turbogebläses für eine Brennstoffzelle und Verbessem des Wirkungsgrades und der Haltbarkeit des Turbogebläses für eine Brennstoffzelle, durch Kühlen der zweiten Luftansaugkammer (120) unter Verwendung sowohl von Luftkühlung als auch Wasserkühlung durch Positionieren und Koppeln der Laufradeinheit (120), die Druckluft in der Gebläsegehäuseeinheit (100) erzeugt, die in eine erste Luftansaugkammer (110) und die zweite Luftansaugkammer (120) unterteilt ist.
  • Genauer gesagt, die Gebläsegehäuseeinheit (100), die einen Temperaturanstieg in der Laufradeinheit (200) verhindert, indem sie im Inneren angesaugte Luft zu einem bestimmten Pfad leitet, schließt Folgendes ein:
    • wie in 3 gezeigt,
    • eine erste Luftansaugkammer (110), in welche durch ein Laufrad (230) angesaugte Luft strömt;
    • eine zweite Luftansaugkammer (120), in welche durch den Laufradeinheit - Kühlerlüfter (240) angesaugte Luft strömt;
    • einen ersten Luftansaugkanal (130), der das Ansaugen von Luft in die erste Luftansaugkammer (110) durch das Laufrad (230) ermöglicht;
    • einen ersten Luftaustrittskanal (140), welcher der durch den ersten Luftansaugkanal (130) angesaugten Luft, das Verdichten und Austreten zu einem Brennstoffzellenstapel durch die Laufradeinheit (200) ermöglicht;
    • einen zweiten Luftansaugkanal (150), welcher das Ansaugen der Luft in die zweite Luftansaugkammer (120) durch den Laufradeinheit - Kühlerlüfter (240) ermöglicht;
    • einen zweiten Luftaustrittskanal (160), welcher das Austreten der Luft, die durch den zweiten Luftansaugkanal (150) angesaugt wurde und die Laufradeinheit (200) gekühlt hat, ermöglicht;
    • einen Kühlluftpfad (170), der durch den zweiten Luftansaugkanal (150) und den zweiten Luftaustrittskanal (160) gebildet ist; und
    • einen Laufradeinheit - Wasserkühler (180), welcher der Laufradeinheit (200) benachbart ausgebildet ist, die in der zweiten Luftansaugkammer (120) angeordnet ist und eine Umlaufrinne (181) zum Einströmen des Kühlwassers aufweist, welche die Laufradeinheit (200) unter Verwendung des von außen zugeführten Kühlwasserstroms kühlt,
    • wobei der Wirkungsgrad und die Haltbarkeit des Turbogebläses für eine Brennstoffzelle durch ein Kühlverfahren maximiert werden, das gleichzeitig sowohl Luftkühlung als auch Wasserkühlung verwendet, indem ein Temperaturanstieg in der Laufradeinheit (200) durch Kühlen eines Abschnitts der Laufradeinheit (200), der sich mit hoher Geschwindigkeit in der zweiten Luftansaugkammer (120) dreht, unter Verwendung des Luftstroms, der zu einem bestimmten Pfad geleitet wird, reduziert wird.
  • Das heißt, die vorliegende Erfindung verbessert den Wirkungsgrad und die Haltbarkeit eines Turbogebläses für eine Brennstoffzelle, indem, wie oben beschrieben, ein Temperaturanstieg im Inneren der zweiten Luftansaugkammer (120) verhindert wird, indem das Turbogebläse für eine Brennstoffzelle in dem Kühlverfahren sowohl unter Verwendung von Luftkühlung als auch Wasserkühlung gekühlt wird und indem ferner ein thermisches Gleichgewicht bewirkt wird.
  • Unterdessen schließt die Gebläsegehäuseeinheit (100), das heißt die Laufradeinheit (200), welche das Ansaugen von Luft in die erste Luftansaugkammer (110) und die zweite Luftansaugkammer (120) ermöglicht, Folgendes ein:
    • ebenso wie die Konfiguration eines Turbogebläses für eine Brennstoffzelle des Standes der Technik,
    • einen Stator (210)
    • einen Rotor (220);
    • ein Laufrad (230) und
    • die vorliegende Erfindung schließt ferner einen Laufradeinheit - Kühlerlüfter (240), der in der entgegengesetzten Richtung von einem Laufrad (230) beabstandet ist, das an ein Ende eines Rotors (220) gekoppelt ist, der an das andere Ende des Rotors (220) gekoppelt ist, der in der zweiten Luftansaugkammer (120) angeordnet ist und Luft in die zweite Luftansaugkammer (120) ansaugt, ein.
  • Der Laufradeinheit - Kühlerlüfter (240), wie in 3 gezeigt, ist in der zweiten Luftansaugkammer (120) positioniert, aber mit dem anderen Ende des Rotors (220) gekoppelt, der das Laufrad (230) dreht, sodass kein Bedarf an separater Energie zum Drehen des Laufradeinheit - Kühlerlüfters (240) der besteht.
  • Das heißt, die vorliegende Erfindung ist eine Technologie zum Kühlen eines Abschnitts der Laufradeinheit (200), die in der zweiten Luftansaugkammer (120) positioniert ist, unter Verwendung eines Kühlverfahrens, das sowohl Luftkühlung als auch Wasserkühlung durch eine organische Kombination der Gebläsegehäuseeinheit (100) und der Laufradeinheit (200) verwendet, genauer gesagt, eine organische Kombination der Gebläsegehäuseeinheit (100), die konfiguriert ist, sodass die Laufradeinheit (200) mit der ersten Luftansaugkammer (110) und der zweiten Luftansaugkammer (120) kombiniert ist, und eine Kombination mit der Laufradeinheit (200) entsprechend ausgebildet ist, um organisch mit der Gebläsegehäuseeinheit (100) kombiniert zu sein.
  • Die Beziehung der organischen Kombination der Gebläsegehäuseeinheit (100) der vorliegenden Erfindung maximiert die Wirkung, welche das Turbogebläse für eine Brennstoffzelle durch Kombination mit der Laufradeinheit (200) erreichen kann, die gebildet wurde, um der Beziehung der organischen Kombination zu entsprechen.
  • Zum Beispiel:
  • Erstens:
  • Der Raum, in den Luft in der Gebläsegehäuseeinheit (100) angesaugt wird, ist in die erste Luftansaugkammer (110) und die zweite Luftansaugkammer (120) unterteilt, sodass Druckluft, die dem Brennstoffzellenstapel zugeführt wird, durch Verdichten der Luft, die aus der ersten Luftansaugkammer (110) in das Laufrad (230) angesaugt wird, austritt, und
    der Stator (210) und der Rotor (220), die das Laufrad (230) drehen, sind in der zweiten Luftansaugkammer (120) positioniert, sodass die Luft, die durch den Laufradeinheit - Kühlerlüfter (240) angesaugt wird, der durch Drehung des Rotors (220) gedreht wird, zu dem Kühlluftpfad (170) geleitet wird, sodass die Luft, die durch den Kühlluftpfad (170) strömt, in Kontakt mit dem Stator (210) und dem Rotor (220) kommt, wodurch ein Temperaturanstieg in der Laufradeinheit (200) verhindert wird, das heißt, dass ein Temperaturanstieg in der zweiten Luftansaugkammer (120) verhindert wird.
  • Zweitens:
  • Ein Temperaturanstieg in der Laufradeinheit (200) wird durch den Laufradeinheit - Wasserkühler (180), welcher der Laufradeinheit (200) benachbart gebildet ist, zusammen mit der Luft, die durch den Kühlluftpfad (170) strömt, verhindert.
  • Das heißt, der Stator (210) und der Rotor (220) der Laufradeinheit (200) werden durch die Luft gekühlt, die durch den Kühlluftpfad (170) strömt, und
    der Laufradeinheit - Wasserkühler (180) verhindert einen Temperaturanstieg in einem Abschnitt der Laufradeinheit (200), das heißt, einen Temperaturanstieg in der zweiten Luftansaugkammer (120) durch Kühlen des Stators (210) der Laufradeinheit (200) und der Innenwände der zweiten Luftansaugkammer (120) unter Verwendung von Kühlwasser.
  • Drittens:
  • Die Luft, die durch den Laufradeinheit - Kühlerlüfter (240) in die zweiten Luftansaugkammer (120) angesaugt wird, strömt leicht durch den Kühlluftpfad (170), der durch den zweiten Luftansaugkanal (150) und den zweiten Luftaustrittskanal (160) gebildet wird, und nach Durchlaufen durch den Stator (210) und den Rotor (220) der Laufradeinheit (200) in den zweiten Luftaustrittskanal (160) austritt, wodurch eine sanfte Luftzirkulation in der zweiten Luftansaugkammer (120) erreicht wird.
  • Das heißt, die vorliegende Erfindung wurde ausgelegt, um die Laufradeinheit (200) durch Bilden einer Kühlstruktur zu kühlen, die sowohl Luftkühlung als auch Wasserkühlung durch die organische Kombination der Gebläsegehäuseeinheit (100) und der Laufradeinheit (200) durch Konzentrieren auf das Kühlverfahren der Laufradeinheit (200) als Teil der Maximierung des Wirkungsgrades und der Haltbarkeit eines Turbogebläses für eine Brennstoffzelle verwendet.
  • Unterdessen werden der Betrieb des Turbogebläses mit einem Laufradeinheit - Kühlerlüfter für eine Brennstoffzelle, welcher die vorliegende Erfindung darstellt, und die Luftströmung unter Bezugnahme auf 4 kurz beschrieben.
  • Die Laufradeinheit (200) wird durch von außen zugeführte Energie gedreht (< S100, Betriebsschritt der Laufradeinheit)
    Luft wird durch das sich mit hoher Geschwindigkeit drehende Laufrad (230) in die ersten Luftansaugkammer (110) angesaugt (< S200, erster Luftansaugschritt), und
    gleichzeitig wird Luft in die zweite Luftansaugkammer (120) durch das sich mit hoher Geschwindigkeit drehende Laufrad (230) angesaugt (< S700, zweiter Luftansaugschritt).
  • Die in die erste Luftansaugkammer (110) durch den ersten Luftansaugkanal (130) durch Hochgeschwindigkeitsdrehung des Laufrades (230) angesaugte Luft wird in das Laufrad (230) angesaugt (< S300, erster Luftströmungsschritt),
    und die in das Laufrad (230) angesaugte Luft wird verdichtet (< S400, Luftverdichtungsschritt), und
    tritt in den ersten Luftaustrittskanal (140) aus (< S500, Druckluftaustrittsschritt).
  • Die in den ersten Luftaustrittskanal (140) ausgetretene Druckluft wird in Kombination mit dem ersten Luftaustrittskanal (140) dem Brennstoffzellenstapel zugeführt (< S600, Druckluftzuführschritt).
  • Ferner strömt die Luft, die durch den zweiten Luftansaugkanal (150) durch Hochgeschwindigkeitsdrehung des Laufradeinheit - Kühlerlüfters (240) angesaugt wird, durch den Kühlluftpfad (170), der in den zweiten Luftaustrittskanal (160) austritt (◁ S800, zweiter Luftströmungsschritt), und ein Abschnitt der Laufradeinheit (200), der in der zweiten Luftansaugkammer (120) positioniert ist, wird durch die Luft gekühlt, die durch den Kühlluftpfad (170) strömt (< S900, Kühlschritt der Laufradeinheit),
    wodurch ein Temperaturanstieg in der zweiten Luftansaugkammer (120) verhindert wird.
  • Die in die zweite Luftansaugkammer (120) angesaugte Luft strömt durch den Kühlluftpfad (170), wodurch ein Teil der Laufradeinheit (200) gekühlt wird, und tritt durch den zweiten Luftaustrittskanal (160) aus (◁ S1000, Luftaustrittsschritt).
  • Die Kühlung der zweiten Luftansaugkammer (120) unter Verwendung von Wasser wird durch den Laufradeinheit - Wasserkühler (180) in dem Verfahren von einem zweiten Luftansaugschritt (S700) bis zu dem Luftaustrittsschritt (S1000) kontinuierlich durchgeführt, wodurch die zweite Luftansaugkammer (120) gekühlt wird.
  • Das heißt, die vorliegende Erfindung betrifft ein Turbogebläse für eine Brennstoffzelle, dessen Wirkungsgrad und Haltbarkeit durch Verdichten und Übertragen von angesaugter Luft an den Brennstoffzellenstapel maximiert werden, wobei jedoch ein Raum zum Übertragen von Druckluft und ein Raum zum Kühlen der Laufradeinheit (200) getrennt konfiguriert sind.
  • Zu Referenzzwecken ist es bevorzugt, dass die erste Luftansaugkammer (110) und die zweite Luftansaugkammer (120) separat abgedichtet sind, sodass die Luft, die durch das Laufrad (230) in die erste Luftansaugkammer (110) angesaugt wird, nicht in die zweite Luftansaugkammer (120) strömt und die durch den Laufradeinheit - Kühlerlüfter (240) in die zweite Luftansaugkammer (120) angesaugte Luft nicht in die erste Luftansaugkammer (110) strömt.
  • Bei der oben beschriebenen Konfiguration und den oben beschriebenen Betriebsvorgängen wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Temperaturanstieg durch Kühlen der Laufradeinheit, die Druckluft mit einer Kühlstruktur unter Verwendung von sowohl einem Luftkühlungstyp und einem Wasserkühlungstyp erzeugt, verhindert.
  • Insbesondere kühlt das Kühlverfahren, das Luftkühlung verwendet, die Laufradeinheit unter Verwendung des Luftstroms, der durch den Laufradeinheit - Kühlerlüfter natürlicherweise in die zweite Luftansaugkammer der Gebläsegehäuseeinheit angesaugt wird.
  • Das heißt, die Temperatur der Laufradeinheit wird durch den in die zweite Luftansaugkammer angesaugten Luftstrom abgesenkt.
  • Dementsprechend wird der Wirkungsgrad und die Haltbarkeit des Turbogebläses für eine Brennstoffzelle maximiert.
  • Da die erste Luftansaugkammer zur Erzeugung von Druckluft, die einem Brennstoffzellenstapel zugeführt werden soll, separat ausgebildet ist, wird die Druckluftmenge ferner konstant beibehalten.
  • Das heißt, die vorliegende Erfindung kann als sehr wirksam zum Sichern und Aufrechterhalten eines hohen Wirkungsgrades und eines wirtschaftlichen Wirkungsgrades angesehen werden, indem das Turbogebläse für eine Brennstoffzelle vollständig gekühlt wird.
  • Während die vorliegende Erfindung in Bezug auf die bestimmten Ausführungsformen beschrieben wurde, wird es für den Fachmann deutlich sein, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen gemacht werden können, ohne sich von dem Geist und Schutzumfang der wie in den folgenden Ansprüchen definierten Erfindung zu entfernen.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Turbogebläse mit einem Laufradeinheit - Kühlerlüfter für eine Brennstoffzelle und kann angewendet werden, um zum Verbessern verschiedener Industriebereiche, wie Produktionsuntemehmen und Einzelhandel für Turbogebläse, insbesondere eines Industriezweigs im Zusammenhang mit Turbogebläsen für eine Brennstoffzelle zum Zuführen von Druckluft zu einem Brennstoffzellenstapel und der allgemeinen Industriezweige, die Druckluft erfordern, beizutragen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Turbogebläse mit einem Laufradeinheit - Kühlerlüfter für eine Brennstoffzelle der vorliegenden Erfindung
    100
    Gebläsegehäuseeinheit
    110
    erste Luftansaugkammer
    120
    zweite Luftansaugkammer
    130
    erster Luftansaugkanal
    140
    erster Luftaustrittskanal
    150
    zweiter Luftansaugkanal
    160
    zweiter Luftaustrittskanal
    170
    Kühlluftpfad
    180
    Laufradeinheit - Wasserkühler
    181
    Umlaufrinne zum Einströmen des Kühlwassers
    200
    Laufradeinheit
    210
    Stator
    220
    ein Rotor
    230
    Laufrad
    240
    Laufradeinheit-Kühlerlüfter
    S100
    Betriebsschritt der Laufradeinheit
    S200
    erster Luftansaugschritt
    S300
    erster Luftströmungsschritt
    S400
    Luftverdichtungsschritt
    S500
    Druckluftaustrittsschritt
    S600
    Druckluftzuführschritt
    S700
    zweiter Luftansaugschritt
    S800
    zweiter Luftströmungsschritt
    S900
    Kühlschritt der Laufradeinheit
    S1000
    Luftaustrittsschritt

Claims (1)

  1. Turbogebläse (1) mit einem Laufradeinheit - Kühlerlüfter (240) für eine Brennstoffzelle, umfassend: - eine Gebläsegehäuseeinheit (100), welche die Strömung von angesaugter Luft leitet und aus der die angesaugten Luft austritt und welche in eine erste Luftansaugkammer (110) und eine zweite Luftansaugkammer (120) unterteilt ist, und - eine Laufradeinheit (200), die in der zweiten Luftansaugkammer (120) der Gebläsegehäuseeinheit (100) angeordnet ist, Luft ansaugt und eine Strömung der Luft und dadurch Druckluft in der Gebläsegehäuseeinheit (100) erzeugt, wobei die Laufradeinheit (200) durch Luftkühlung als auch Wasserkühlung gekühlt wird, wobei die Gebläsegehäuseeinheit (100) umfasst: - eine erste Luftansaugkammer (110), in welche durch ein Laufrad (230) angesaugte Luft strömt, - eine zweite Luftansaugkammer (120), in welche durch den Laufradeinheit - Kühlerlüfter (240) angesaugte Luft strömt, - einen ersten Luftansaugkanal (130), der das Ansaugen von Luft in die erste Luftansaugkammer (110) durch das Laufrad (230) ermöglicht, - einen ersten Luftaustrittskanal (140), welcher der durch den ersten Luftansaugkanal (130) angesaugten und mittels der Laufradeinheit (200) verdichteten Luft das Austreten zu einem Brennstoffzellenstapel ermöglicht, - einen zweiten Luftansaugkanal (150), der das Ansaugen von Luft in die zweite Luftansaugkammer (120) durch den Laufradeinheit - Kühlerlüfter (240) ermöglicht, - einen zweiten Luftaustrittskanal (160), welcher das Austreten der Luft, die durch den zweiten Luftansaugkanal (150) angesaugt wurde und die Laufradeinheit (200) gekühlt hat, ermöglicht, - einen Kühlluftpfad (170), der sich von dem zweiten Luftansaugkanal (150) durch die Laufradeinheit (200) hindurch entlang eines Abschnitts des Rotors (220) zu dem zweiten Luftaustrittskanal (160) erstreckt, und - einen Laufradeinheit - Wasserkühler (180), welcher der Laufradeinheit (200) benachbart ausgebildet ist und eine Umlaufrinne (181) zum Einströmen des Kühlwassers aufweist, welche die Laufradeinheit (200) unter Verwendung des von außen zugeführten Kühlwasserstroms kühlt, wobei die Laufradeinheit (200), welche das Ansaugen von Luft in die erste Luftansaugkammer (110) und die zweite Luftansaugkammer (120) ermöglicht, umfasst: einen Stator (210), - einen Rotor (220), - das an einem Ende des Rotors (220) angeordnete Laufrad (230) und - den Laufradeinheit - Kühlerlüfter (240), der an dem entgegengesetzten Ende des Rotors (220) von dem Laufrad (230) beabstandet angeordnet ist, wobei der Laufradeinheit - Kühlerlüfter (240) in der zweiten Luftansaugkammer (120) angeordnet ist und Luft in die zweite Luftansaugkammer (120) saugt, und wobei sich das Laufrad (230) und der Laufradeinheit - Kühlerlüfter (240) zusammen mit dem Rotor (220) mit hoher Drehzahl drehen dadurch gekennzeichnet, dass die in den zweiten Luftansaugkanal (150) gesaugte Luft durch den Laufradeinheit - Kühlerlüfter (240) komprimiert wird, wobei der Kühlwasserstrom und die entlang dem Kühlluftpfad strömende Luft gemeinsam einen Abschnitt der Laufradeinheit (200) kühlen, der sich mit hoher Geschwindigkeit in der zweiten Luftansaugkammer (120) dreht.
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