DE112014002022T5

DE112014002022T5 - Luftgebläse für ein Brennstoffzellenfahrzeug

Info

Publication number: DE112014002022T5
Application number: DE112014002022.2T
Authority: DE
Inventors: Hyun-sup Yang; Dae-bok Keon; Hyun-Seok Jung; Chi-Yong Park; Yong-Sung Kwon
Original assignee: Halla Visteon Climate Control Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2013-04-18
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2015-12-31
Also published as: WO2014171631A1; CN104884813A; KR20140125287A; US20140314592A1

Abstract

Es wird hierin ein Luftgebläse für ein Brennstoffzellenfahrzeug unter Verwendung von Lagern offenbart. Das Luftgebläse kann ein Schneckengehäuse, ein Gebläserad, das dafür konfiguriert ist, eine Nabe und mehrere Flügel, die auf der Außenumfangsfläche der Nabe geformt sind, einzuschließen und Luft innerhalb des Schneckengehäuses zu verdichten, ein Motorgehäuse, das mit dem Schneckengehäuse verbunden ist, und einen Motor, der so konfiguriert ist, dass er einen Stator, eine sich drehende Welle, die länglich geformt, so dass sie den Stator durchdringt, und so konfiguriert ist, dass sie eine erste Seite, die mit dem Gebläserad verbunden ist, hat, einen Rotor, der auf der Außenumfangsfläche der sich drehenden Welle geformt ist, ein erstes Lager, das auf der mit dem Gebläserad verbundenen ersten Seite der sich drehenden Welle bereitgestellt wird, und ein zweites Lager, das auf einer zweiten Seite der sich drehenden Welle bereitgestellt wird, einschließt, einschließen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Luftgebläse für ein Brennstoffzellenfahrzeug unter Verwendung von Lagern und insbesondere ein Luftgebläse für ein Brennstoffzellenfahrzeug, das dazu in der Lage ist, Luft zuzuführen, die eine niedrige Durchflussgeschwindigkeit und einen hohen Druck hat, wobei die Langlebigkeit gesteigert und der Lärm verringert wird.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Gegenwärtig gibt es auf Grund von Problemen, wie beispielsweise eines kontinuierlichen Anstiegs von Ölpreisen, der auf die Erschöpfung von fossiler Energie zurückzuführen ist, und der Umweltverschmutzung, die auf Fahrzeugabgas zurückzuführen ist, einen dringenden Bedarf an der Entwicklung eines Brennstoffzellenfahrzeugs. Eine Brennstoffzelle ist eine Zelle zum Erzeugen von Elektroenergie in einem Reaktionsvorgang von Wasserstoff und Sauerstoff, und ein Brennstoffzellenfahrzeug schließt einen Brennstoffzellenstapel, eine Wasserstoff-Zufuhreinrichtung zum Zuführen von Wasserstoff zu dem Brennstoffzellenstapel und ein Luftgebläse zum Verdichten von Luft und Zuführen der verdichteten Luft zu dem Brennstoffzellenstapel ein.
Ein Luftgebläse kann in Abhängigkeit von dem Druck und der Durchflussgeschwindigkeit von Luft, die für einen Brennstoffzellenstapel notwendig sind, verschiedene Typen haben.
Unter den verschiedenen Typen ist ein volumetrisches Luftgebläse für einen Fall geeignet, der eine niedrige spezifische Drehzahl erfordert, und ein Zentrifugal-Luftgebläse ist darin vorteilhaft, dass es einen geringeren Reibungsverlust und Lärm hat als das volumetrische Luftgebläse.
Das Zentrifugal-Luftgebläse schließt ein Schneckengehäuse, ein Gebläserad, das innerhalb des Schneckengehäuses angeordnet und dafür konfiguriert ist, Luft zu verdichten, ein Motorgehäuse, das mit dem Schneckengehäuse verbunden ist, und einen Motor, der so konfiguriert ist, dass er einen Stator, eine sich drehende Welle, die länglich geformt, so dass sie den Stator durchdringt, und so konfiguriert ist, dass sie ein Gebläserad, das auf einer Seite der sich drehenden Welle geformt ist, und einen Rotor, der auf einer Außenumfangsfläche der sich drehenden Welle geformt ist, hat, einschließt, ein.
Hier wird die durch das Gebläserad angesaugte Luft verdichtet, während sie beschleunigt und zur Außenseite ausgestoßen wird. Die ausgestoßene Verdichtungsluft wird einem Brennstoffzellenstapel zugeführt.
Im Einzelnen erfordert ein Luftgebläse für ein Brennstoffzellenfahrzeug eine niedrige Durchflussgeschwindigkeit und einen hohen Druck und erfordert ebenfalls eine hohe Langlebigkeit, einen niedrigen Lärm und einen weiten Antriebsbereich.
Falls das Zentrifugal-Luftgebläse dafür ausgelegt ist, eine niedrige spezifische Drehzahl zu haben, gibt es jedoch Probleme insofern, als es schwierig ist, eine Pumpgrenze sicherzustellen, die Umdrehungen pro Minute (U/min) durch das Langlebigkeitsproblem von Kugellagern in einem Motor, auf den die Kugellager angewendet worden sind, begrenzt sein können und es schwierig ist, eine ausreichende Leistung zu erreichen.
Dementsprechend besteht ein Bedarf an einem Luftgebläse für ein Brennstoffzellenfahrzeug, das die Langlebigkeit erfüllen, während es niedrigen Lärm und Betriebsstabilität erfüllt, eine niedrige Durchflussgeschwindigkeit und einen hohen Druck erfüllen und eine Pumpgrenze sicherstellen kann.
OFFENBARUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung angesichts der obigen Probleme gemacht worden, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Luftgebläse für ein Brennstoffzellenfahrzeug bereitzustellen, das ein Zentrifugaltyp-Luftgebläse für ein Brennstoffzellenfahrzeug ist, das eine niedrige spezifische Drehzahl von 28 bis 41 hat und dazu in der Lage ist, den Reibungsverlust und den Lärm zu verringern und ebenfalls eine ausreichende Leistung sicherzustellen.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Luftgebläse für ein Brennstoffzellenfahrzeug bereitzustellen, das dazu in der Lage ist, Luft zuzuführen, die eine niedrige Durchflussgeschwindigkeit und einen hohen Druck hat, wobei eine Pumpgrenze sichergestellt, die Langlebigkeit gesteigert und der Lärm verringert wird.
TECHNISCHE LÖSUNG
Ein Luftgebläse 1000 für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung schließt ein Schneckengehäuse 100, ein Gebläserad 200, das dafür konfiguriert ist, eine Nabe 210 und mehrere Flügel 220, die auf der Außenumfangsfläche der Nabe 210 geformt sind, einzuschließen und Luft innerhalb des Schneckengehäuses 100 zu verdichten, ein Motorgehäuse 300, das mit dem Schneckengehäuse 100 verbunden ist, und einen Motor 400, der so konfiguriert ist, dass er einen Stator 410, eine sich drehende Welle 420, die länglich geformt, so dass sie den Stator 410 durchdringt, und so konfiguriert ist, dass sie eine erste Seite, die mit dem Gebläserad 200 verbunden ist, hat, einen Rotor 430, der auf der Außenumfangsfläche der sich drehenden Welle 420 geformt ist, ein erstes Lager 440, das auf der mit dem Gebläserad 200 verbundenen ersten Seite der sich drehenden Welle 420 bereitgestellt wird, und ein zweites Lager 450, das auf einer zweiten Seite der sich drehenden Welle 420 bereitgestellt wird, einschließt, ein, wobei das Luftgebläse 1000 für ein Brennstoffzellenfahrzeug eine spezifische Drehzahl von 28 bis 41 hat.
Außerdem hat das Gebläserad 200 einen Drehwinkel D1 von 60 bis 90°.
Außerdem hat das Gebläserad 200 einen Austrittswinkel D2 von 30 bis 50°.
Außerdem beträgt ein Verhältnis einer Austrittsbreite L2 in Bezug auf einen Austrittsradius L1 in dem Gebläserad 200 0,04 bis 0,09.
Außerdem schließen die Flügel 220 des Gebläserades 200 mehrere erste Flügel 221, die auf der Außenumfangsfläche der Nabe 210 geformt sind, und mehrere zweite Flügel 222, die so konfiguriert sind, dass sie in einer Längenrichtung der Nabe 210 eine kürzere Länge haben als die ersten Flügel 221 und die Anzahl der zweiten Flügel 222 ein Primzahl-Anteil ist.
Außerdem ist das Gebläserad 200 aus Aluminium hergestellt.
Das Luftgebläse schließt ferner einen Lufteinlass 110, der dafür konfiguriert ist, Luft in einer Axialrichtung des Gebläses anzusaugen, einen Luftkanal 130, der dafür konfiguriert ist, Luft, die durch das Gebläserad 200 des Schneckengehäuses 100 hindurchgeht, sich durch dasselbe bewegen zu lassen, und einen Luftauslass 120, der dafür konfiguriert ist, Luft in der Tangentialrichtung des Schneckengehäuses 100 auszustoßen, ein.
Außerdem ist der Luftkanal 130 des Schneckengehäuses 100 auf eine solche Weise ausgehöhlt, dass er einen mittleren Bereich des Schneckengehäuses 100 in einer Umfangsrichtung des Schneckengehäuses 100 umschließt und ein ausgehöhlter Querschnitt des Luftkanals 130 in der Luftströmungsrichtung proportional gesteigert wird.
Außerdem haben der Ausstoßbereich des Luftkanals 130 und der Luftauslass 120 in dem Schneckengehäuse 100 den gleichen Querschnitt.
Hier kann ein Lufteinlass 110 durch Aushöhlen des mittleren Bereichs des Schneckengehäuses 100 geformt sein.
Das Luftgebläse schließt ferner ein Einströmungsgehäuse 110c ein, das auf einer Seite angebracht ist, die einer Seite des Motorgehäuses 300 gegenüberliegt, auf der das Schneckengehäuse 100 bereitgestellt wird, und so konfiguriert ist, dass es den Lufteinlass 110 in demselben geformt hat. Die durch den Lufteinlass 110 des Einströmungsgehäuses 110c angesaugte Luft wird über das Motorgehäuse 300 durch den Luftkanal 130 und den Luftauslass 120 ausgestoßen.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN
Das Luftgebläse für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung ist ein Zentrifugaltyp-Luftgebläse für ein Brennstoffzellenfahrzeug, das eine niedrige spezifische Drehzahl von 28 bis 41 hat und darin vorteilhaft ist, dass es den Reibungsverlust und den Lärm zu verringern und ebenfalls eine ausreichende Leistung sicherstellen kann.
Ferner ist das Luftgebläse für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung darin vorteilhaft, dass es Luft, die eine niedrige Durchflussgeschwindigkeit und einen hohen Druck hat, zuführen, eine Pumpgrenze sicherstellen, die Langlebigkeit steigern und den Lärm verringern kann.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Luftgebläses für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des in 1 gezeigten Luftgebläses für ein Brennstoffzellenfahrzeug.
3 und 4 sind Querschnittsansichten des Luftgebläses für ein Brennstoffzellenfahrzeug, die entlang der Linien AA‘ und BB‘ in Fig. genommen sind.
5 ist eine andere Querschnittsansicht des Luftgebläses für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung.
6 bis 8 sind eine perspektivische Ansicht, eine teilweise perspektivische Ansicht und eine seitliche Draufsicht des Gebläserades des Luftgebläses für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine graphische Abbildung, die eine Beziehung zwischen aerodynamischem Wirkungsgrad und spezifischer Drehzahl in dem Luftgebläse für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 ist eine graphische Abbildung, die eine Beziehung zwischen Austrittsdruck und aerodynamischem Wirkungsgrad in Abhängigkeit von Drehwinkeln in dem Luftgebläse für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
11 ist eine graphische Abbildung, die eine Beziehung zwischen Austrittsdruck und aerodynamischem Wirkungsgrad in Abhängigkeit von Austrittswinkeln in dem Luftgebläse für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
12 ist eine graphische Abbildung, die eine Beziehung zwischen Austrittsdruck und einer Pumpgrenze in Abhängigkeit von Austrittswinkeln in dem Luftgebläse für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
13 ist eine graphische Abbildung, die eine Beziehung zwischen Austrittsdruck und aerodynamischem Wirkungsgrad in Abhängigkeit von einer Austrittsbreite zu einem Austrittsradius in dem Luftgebläse für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
14 ist eine graphische Abbildung, die eine Beziehung zwischen Austrittsdruck und einer Pumpgrenze in Abhängigkeit von einer Austrittsbreite zu einem Austrittsradius in dem Luftgebläse für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
Bezugszeichenliste

1000: Luftgebläse
100: Schneckengehäuse
110: Lufteinlass
110c: Einströmungsgehäuse
120: Luftauslass
130: Luftkanal
A1~A8: Innendurchmesser des hohlen Teils
A120: Innendurchmesser des Luftauslasses
200: Gebläserad
210: Nabe
220: Flügel
221: erster Flügel
222: zweiter Flügel
D1: Drehwinkel
D2: Austrittswinkel
L1: Austrittsradius
L2: Austrittsbreite
300: Motorgehäuse
400: Motor
410: Stator
420: sich drehende Welle
430: Rotor
440: erstes Lager
450: zweites Lager

MODUS FÜR DIE ERFINDUNG
Im Folgenden wird ein Luftgebläse 1000 für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben werden.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Luftgebläses für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung, 2 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des in 1 gezeigten Luftgebläses für ein Brennstoffzellenfahrzeug, 3 und 4 sind Querschnittsansichten des Luftgebläses für ein Brennstoffzellenfahrzeug, die entlang der Linien AA‘ und BB‘ in Fig. genommen sind, 5 ist eine andere Querschnittsansicht des Luftgebläses für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung und 6 bis 8 sind eine perspektivische Ansicht, eine teilweise perspektivische Ansicht und eine seitliche Draufsicht des Gebläserades des Luftgebläses für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung.
Das Luftgebläse 1000 für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung ist so konfiguriert, dass es ein Schneckengehäuse 100, ein Gebläserad 200, ein Motorgehäuse 300 und einen Motor 400 einschließt.
Das Schneckengehäuse 100 ist ein Teil, an dem das Gebläserad 200 angebracht ist. Das Schneckengehäuse 100 verdichtet Luft mit Hilfe der Drehung des Gebläserades 200 und stößt die verdichtete Luft aus.
Das Schneckengehäuse 100 schließt einen Luftkanal 130, der dafür konfiguriert ist, den mittleren Bereich des Schneckengehäuses 100 in einer Umfangsrichtung desselben zu umschließen und Luft, die durch das Gebläserad 200 hindurchgeht, durch dasselbe strömen zu lassen, und einen Luftauslass 120, der dafür konfiguriert ist, mit dem Luftkanal 130 in Verbindung zu stehen und Luft in einer Richtung, tangential zu dem Schneckengehäuse 100, auszustoßen.
In dem Luftgebläse 1000 für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung ist, wie in 1 gezeigt, ein Lufteinlass 110, in den Luft strömt, in der Axialrichtung des Luftgebläses 1000 geformt, aber der Lufteinlass 110 kann durch Aushöhlen des mittleren Bereichs des Schneckengehäuses 100 geformt sein.
Das heißt, in dem in 1 bis 4 gezeigten Luftgebläse 1000 für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung sind der Lufteinlass 110, der Luftkanal 130 und der Luftauslass 120 in dem Schneckengehäuse 100 geformt. Die durch den Lufteinlass 110 angesaugte Luft geht durch das Gebläserad 200 hindurch, und die Luft wird durch den Luftkanal 130 und den Luftauslass 120 zur Außenseite ausgestoßen.
Bei einer anderen Ausführungsform kann das Luftgebläse 1000 für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung ferner ein Einströmungsgehäuse 110c einschließen, in dem, wie in 5 gezeigt, der Lufteinlass 110 geformt ist.
In 5 schließt das Luftgebläse 1000 für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung das Einströmungsgehäuse 110c ein, das auf der Seite angebracht ist, die der Seite des Motorgehäuses 300 gegenüberliegt, auf der das Schneckengehäuse 100 bereitgestellt wird. Die durch den Lufteinlass 110 des Einströmungsgehäuses 110c angesaugte Luft geht über das Motorgehäuse 300 durch das Gebläserad 200 hindurch, und die angesaugte Luft wird durch den Luftkanal 130 und den Luftauslass 120 zur Außenseite ausgestoßen.
Wie oben beschrieben, schließt das Luftgebläse 1000 für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung sowohl den Typ, bei dem der Lufteinlass 110 in dem Schneckengehäuse 100 geformt ist (siehe 1 bis 4), als auch den Typ, bei dem das Einströmungsgehäuse 110c, das den Lufteinlass 110 in demselben geformt hat, in dem Motorgehäuse 300 auf der Seite bereitgestellt wird, die der Seite gegenüberliegt, auf der das Schneckengehäuse 100 geformt ist (siehe 5).
Außerdem ist der Luftkanal 130 ein ausgehöhlter Bereich, so dass Luft durch den Luftkanal 130 strömt. Der Luftkanal 130 hat eine ausreichende Pumpgrenze und einen weiten Antriebsbereich, schließt aber keine zusätzliche Leitschaufel ein, so dass er für ein Brennstoffzellenfahrzeug geeignet ist.
Die Pumpgrenze ist ein Index, der die Stabilität für eine Gefahr des Auftretens von Pumpen angibt. Die Pumpgrenze ist ein Wert, gewonnen durch das Dividieren eines Wertes an einem Betriebspunkt des Gebläserades 200, subtrahiert von einer Durchflussgeschwindigkeit an einem Pumppunkt des Gebläserades 200, durch die Durchflussgeschwindigkeit an dem Betriebspunkt.
In dem Luftgebläse 1000 für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung wird der ausgehöhlte Querschnitt des Luftkanals 130 des Schneckengehäuses 100 in der Luftströmungsrichtung proportional gesteigert (siehe 4).
In 4 werden Winkel in gleichen Abständen von 45° (z.B. 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, 315° und 360°) um den Mittelpunkt des Schneckengehäuses 100 angegeben. Die Innendurchmesser des Luftkanals 130 werden durch A1 bis A7 bei den jeweiligen Winkeln angegeben.
Mit anderen Worten, das Luftgebläse 1000 für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung hat eine Form, bei welcher der ausgehöhlte Querschnitt des Luftkanals in der Luftströmungsrichtung proportional gesteigert wird. Die Innendurchmesser A1 bis A7 des Luftkanals 130 werden in der Luftströmungsrichtung (in 4 gegen den Uhrzeigersinn) gesteigert, und folglich werden die Querschnitte desselben ebenfalls allmählich gesteigert.
Außerdem ist der Querschnitt des Ausstoßbereichs des Luftkanals 130 so geformt, dass er der gleiche ist wie der Querschnitt des Luftauslasses 120, so dass die durch das Gebläserad 200 verdichtete Luft ohne Verlust weitergeleitet wird.
Das heißt, der Innendurchmesser A7 des Ausstoßbereichs des Luftkanals 130 ist so geformt, dass er der gleiche ist wie der Innendurchmesser A120 des Luftauslasses 120.
Dementsprechend ist das Luftgebläse 1000 für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung darin vorteilhaft, dass die durch das Gebläserad 200 verdichtete Luft ohne Verlust der Brennstoffzelle zugeführt werden kann.
Das Gebläserad 200 ist innerhalb des Schneckengehäuses 100 angeordnet und ist dafür konfiguriert, Luft durch den Lufteinlass 110 anzusaugen und die angesaugte Luft zu verdichten. Die durch das Gebläserad 200 hindurchgehende verdichtete Luft wird durch den Luftkanal 130 und den Luftauslass 120 ausgestoßen.
Das Gebläserad 200 des Luftgebläses 1000 für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung wird in 6 bis 8 gezeigt.
Das Gebläserad 200 kann zur leichten Fertigung aus Aluminium hergestellt sein.
Das Gebläserad 200 schließt eine Nabe 210 und mehrere Flügel 220, die auf der Außenumfangsfläche der Nabe 210 bereitgestellt werden, ein (siehe 6 bis 8).
Wenn das Gebläserad 200 an der Vorderseite im Verhältnis zu den Flügeln 220 betrachtet wird, wird ein Winkel, der durch den Anfangspunkt und den Endpunkt eines Flügels 220 um den Mittelpunkt des Gebläserades 200 gebildet wird, als ein Drehwinkel D1 definiert.
Außerdem wird ein Austrittswinkel D2 des Gebläserades 200 als ein Winkel, der durch einen Austritts-(d.h., Endteil-)winkel des Flügels 220 und eine Tangentiallinie in der Umfangsrichtung des Gebläserades 200 gebildet wird, definiert.
Außerdem bedeutet ein Austrittsradius L1 des Gebläserades 200 den Radius L1 des Endteils des Flügels 220 auf einer Meridianebene.
Außerdem bedeutet eine Austrittsbreite L2 des Gebläserades 200 eine Länge zwischen der Innenfläche und der Außenfläche des Flügels 220 in der Axialrichtung des Gebläserades 200 an dem Austritt (d.h., Endteil) des Gebläserades 200.
Das Motorgehäuse 300 ist mit dem Schneckengehäuse 100 verbunden und dafür konfiguriert, den Motor 400 in demselben einzuschließen.
Der Motor 400 schließt einen Stator 410, eine sich drehende Welle 420, einen Rotor 430, ein erstes Lager 440 und ein zweites Lager 450 ein.
Der Stator 410 ist so konfiguriert, dass die Mitte desselben in der Axialrichtung des Motors 400 ausgehöhlt ist.
Die sich drehende Welle 420 ist dafür konfiguriert, den Stator 410 zu durchdringen und die Nabe 210 des Gebläserades 200 mit einer Seite derselben (d.h., der rechten Seite in 3 und 5) verbunden zu haben.
Der Rotor 430 ist integral mit der Außenumfangsfläche der Mitte der sich drehenden Welle 420 geformt.
Das erste Lager 440 wird auf einer Seite bereitgestellt, mit der das Gebläserad 200 der sich drehenden Welle 420 verbunden ist, und ist dafür konfiguriert, die Drehung der sich drehenden Welle 420, die auf die Drehung des Rotors 430 zurückzuführen ist, zu tragen.
Das zweite Lager 450 ist dafür konfiguriert, die sich drehende Welle 420 zusammen mit dem ersten Lager 440 zu tragen, und wird auf der anderen Seite der sich drehenden Welle 420 bereitgestellt.
Das Luftgebläse 1000 für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung hat den oben beschriebenen zentrifugalen Aufbau und kann eine spezifische Drehzahl von 28 bis 41 haben.
Die spezifische Drehzahl kann durch Gleichung 1 unten definiert werden. GLEICHUNG 1
In Gleichung 1 ist N = Drehzahl, Q = volumetrische Durchflussgeschwindigkeit m³/min, k = ein Verhältnis der spezifischen Wärmekapazität, R = eine Gaskonstante/MW, PR = ein Druckverhältnis, und T_o = Temperatur K.
Die spezifische Drehzahl ist die Drehzahl des Gebläses, die notwendig ist, um eine Nährlösung von einer Einheitsförderhöhe (1 m) in einer Einheitsdurchflussgeschwindigkeit (1 m³/min) zu fördern. Angenommen, dass die Fördermenge Q (m³/min) bei der Entwurfsdrehzahl N des Gebläses und eine Gesamtförderhöhe H (m) ist, wird die spezifische Drehzahl Ns des Gebläses durch Gleichung 2 unten ausgedrückt. GLEICHUNG 2
Bei dem Luftgebläse 1000 für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung ist, falls die spezifische Drehzahl geringer als 28 ist, der aerodynamische Wirkungsgrad geringer als 75 % (siehe 9). In einem solchen Fall ist es schwierig, eine ausreichende Leistung zu erwarten, und die Fertigung des Gebläserades 200 ist begrenzt, weil die Austrittsbreite L2 unvermeidlich 2 mm oder weniger beträgt.
Außerdem gibt es, falls die spezifische Drehzahl 41 überschreitet, ein Problem insofern, als die Langlebigkeit des ersten Lagers 440 und des zweiten Lagers 450 selbst und die Langlebigkeit des gesamten Luftgebläses 1000 für ein Brennstoffzellenfahrzeug beeinträchtigt werden, weil die Drehzahl des ersten Lagers 440 und des zweiten Lagers 450 gesteigert wird.
Außerdem ist 10 eine graphische Abbildung, die eine Beziehung zwischen Austrittsdruck und aerodynamischem Wirkungsgrad in Abhängigkeit von den Drehwinkeln D1 in dem Luftgebläse 1000 für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Luftgebläse 1000 für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung kann den Drehwinkel D1 von 60 bis 90° haben.
Wie in 10 gezeigt, ist das Gebläserad 200 des Luftgebläses 1000 für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung so geformt, dass es den Drehwinkel D1 von 60 bis 90° hat, um einen ausreichenden Austrittsdruck sicherzustellen und ebenfalls den aerodynamischen Wirkungsgrad zu verbessern.
Außerdem ist 11 eine graphische Abbildung, die eine Beziehung zwischen Austrittsdruck und aerodynamischem Wirkungsgrad in Abhängigkeit von dem Austrittswinkel D2 in dem Luftgebläse 1000 für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung zeigt, und 12 ist eine graphische Abbildung, die eine Beziehung zwischen Austrittsdruck und einer Pumpgrenze in Abhängigkeit von dem Austrittswinkel D2 in dem Luftgebläse 1000 für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Austrittswinkel D2 des Luftgebläses 1000 für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung kann 30 bis 50° betragen.
Wie in 11 und 12 gezeigt, wird der Austrittsdruck in Abhängigkeit von einer Zunahme des Austrittswinkels D2 in einem Bereich verringert, in dem der Austrittswinkel D2 10° oder mehr beträgt. Um ein solches Problem zu vermeiden ist das Luftgebläse 1000 für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung so konfiguriert, dass es einen Austrittswinkel D2 von 50° oder weniger hat, um einen ausreichenden Austrittsdruck zu erfüllen, und dass es einen Austrittswinkel D2 von 30° oder mehr hat, um den aerodynamischen Wirkungsgrad und eine Pumpgrenze zu verbessern.
13 ist eine graphische Abbildung, die eine Beziehung zwischen Austrittsdruck und aerodynamischem Wirkungsgrad in Abhängigkeit von der Austrittsbreite L2 zu dem Austrittsradius L1 in dem Luftgebläse 1000 für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung zeigt, und 14 ist eine graphische Abbildung, die eine Beziehung zwischen Austrittsdruck und einer Pumpgrenze in Abhängigkeit von der Austrittsbreite L2 zu dem Austrittsradius L1 in dem Luftgebläse 1000 für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung zeigt. In dem Luftgebläse 1000 für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung kann ein Verhältnis einer Austrittsbreite L2 in Bezug auf einen Austrittsradius L1 in dem Gebläserad 200 0,04 bis 0,09 betragen.
Wie in 13 und 14 gezeigt, beträgt in dem Luftgebläse 1000 für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung ein Verhältnis der Austrittsbreite L2 in Bezug auf einen Austrittsradius L1 0,09 oder weniger, um einen ausreichenden Austrittsdruck zu erfüllen, und ein Verhältnis einer Austrittsbreite L2 in Bezug auf einen Austrittsradius L1 beträgt 0,04 oder mehr, um den aerodynamischen Wirkungsgrad und eine Pumpgrenze zu erfüllen.
Außerdem können in dem Luftgebläse 1000 für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung die Flügel 220 des Gebläserades 200 mehrere erste Flügel 221, die auf der Außenumfangsfläche der Nabe 210 geformt sind, und mehrere zweite Flügel 222, die so konfiguriert sind, dass sie in einer Längenrichtung der Nabe 210 eine kürzere Länge haben als die ersten Flügel 221, einschließen.
Die Anzahl der zweiten Flügel 222 kann ein Primzahl-Anteil sein. Bei der vorliegenden Erfindung ist der Begriff „Primzahl-Anteil“ eine positive ganze Zahl, größer als 1, die durch 1 und sich selbst teilbar ist, und kann zum Beispiel 2, 3, 5, 7, 11, 13, und so weiter sein.
Jede Struktur hat eine Eigenfrequenz. Das Luftgebläse 1000 für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung ist vorteilhaft darin, dass es das Auftreten von Lärm und in einer Verringerung der Langlebigkeit, die auf Resonanz zurückzuführen ist, minimieren kann, weil es die zweiten Flügel 222 einschließt, deren Anzahl ein Primzahl-Anteil ist, um eine Möglichkeit zu minimieren, dass auf Grund von Überlappung zwischen den Frequenzen anderer Strukturen Resonanz erzeugt wird.
Außerdem kann in dem Luftgebläse 1000 für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung, obwohl die Flügel 220 die ersten Flügel 221 und die zweiten Flügel 222 einschließen, sowohl der erste Flügel 221 als auch der zweite Flügel 222 einen Drehwinkel D1 von 60 bis 90° und einen Austrittswinkel von 30 bis 50° haben.
Dementsprechend ist das Luftgebläse 1000 für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach der vorliegenden Erfindung ein Zentrifugaltyp-Luftgebläse unter Verwendung des ersten Lagers 440 und des zweiten Lagers 450, das eine niedrige spezifische Drehzahl von 28 bis 41 hat und vorteilhaft ist darin, dass es Reibungsverlust und Lärm verringern, Luft, die eine niedrige Durchflussgeschwindigkeit und einen hohen Druck hat, zuführen und den aerodynamischen Wirkungsgrad verbessern kann.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die zuvor erwähnte Ausführungsform begrenzt. Die vorliegende Erfindung kann auf verschiedene Weisen angewendet werden und kann in verschiedenen Formen modifiziert werden ohne vom Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

Luftgebläse (1000) für ein Brennstoffzellenfahrzeug, das Folgendes umfasst: ein Schneckengehäuse (100), ein Gebläserad (200), das dafür konfiguriert ist, eine Nabe (210) und mehrere Flügel (220), die auf der Außenumfangsfläche der Nabe (210) geformt sind, einzuschließen und Luft innerhalb des Schneckengehäuses (100) zu verdichten, ein Motorgehäuse (300), das mit dem Schneckengehäuse (100) verbunden ist, und einen Motor (400), der so konfiguriert ist, dass er einen Stator (410), eine sich drehende Welle (420), die länglich geformt, so dass sie den Stator (410) durchdringt, und so konfiguriert ist, dass sie eine erste Seite, die mit dem Gebläserad (200) verbunden ist, hat, einen Rotor (430), der auf der Außenumfangsfläche der sich drehenden Welle (420) geformt ist, ein erstes Lager (440), das auf der mit dem Gebläserad (200) verbundenen ersten Seite der sich drehenden Welle (420) bereitgestellt wird, und ein zweites Lager (450), das auf einer zweiten Seite der sich drehenden Welle (420) bereitgestellt wird, einschließt, wobei das Luftgebläse (1000) für ein Brennstoffzellenfahrzeug eine spezifische Drehzahl von 28 bis 41 hat.
Luftgebläse nach Anspruch 1, wobei das Gebläserad (200) einen Drehwinkel (D1) von 60 bis 90° hat.
Luftgebläse nach Anspruch 1, wobei das Gebläserad (200) einen Austrittswinkel (D2) von 30 bis 50° hat.
Luftgebläse nach Anspruch 1, wobei ein Verhältnis einer Austrittsbreite (L2) in Bezug auf einen Austrittsradius (L1) in dem Gebläserad (200) 0,04 bis 0,09 beträgt.
Luftgebläse nach Anspruch 1, wobei: die Flügel (220) des Gebläserades (200) mehrere erste Flügel (221), die auf der Außenumfangsfläche der Nabe (210) geformt sind, und mehrere zweite Flügel (222), die so konfiguriert sind, dass sie in einer Längenrichtung der Nabe (210) eine kürzere Länge haben als die ersten Flügel (221), umfassen, und eine Anzahl der zweiten Flügel (222) ein Primzahl-Anteil ist.
Luftgebläse nach Anspruch 5, wobei das Gebläserad (200) aus Aluminium hergestellt ist.
Luftgebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das ferner Folgendes umfasst: einen Lufteinlass (110), der dafür konfiguriert ist, Luft in einer Axialrichtung des Gebläses anzusaugen, einen Luftkanal (130), der dafür konfiguriert ist, Luft, die durch das Gebläserad (200) des Schneckengehäuses (100) hindurchgeht, sich durch dasselbe bewegen zu lassen, und einen Luftauslass (120), der dafür konfiguriert ist, Luft in der Tangentialrichtung des Schneckengehäuses (100) auszustoßen.
Luftgebläse nach Anspruch 7, wobei: der Luftkanal (130) des Schneckengehäuses (100) auf eine solche Weise ausgehöhlt ist, dass er einen mittleren Bereich des Schneckengehäuses (100) in einer Umfangsrichtung des Schneckengehäuses (100) umschließt und ein ausgehöhlter Querschnitt des Luftkanals (130) in der Luftströmungsrichtung proportional gesteigert wird.
Luftgebläse nach Anspruch 8, wobei ein Ausstoßbereich des Luftkanals (130) und der Luftauslass (120) in dem Schneckengehäuse (100) einen identischen Querschnitt haben.
Luftgebläse nach Anspruch 7, wobei der Lufteinlass (110) durch Aushöhlen eines mittleren Bereichs des Schneckengehäuses (100) geformt ist.
Luftgebläse nach Anspruch 7, das ferner ein Einströmungsgehäuse (110c) umfasst, das auf einer Seite angebracht ist, die einer Seite des Motorgehäuses (300) gegenüberliegt, auf der das Schneckengehäuse (100) bereitgestellt wird, und so konfiguriert ist, dass es den Lufteinlass (110) in demselben geformt hat, und wobei die durch den Lufteinlass (110) des Einströmungsgehäuses (110c) angesaugte Luft über das Motorgehäuse (300) durch den Luftkanal (130) und den Luftauslass (120) ausgestoßen wird.