DE112019004941T5 - Turbogebläse mit komplexer kühlstruktur für eine brennstoffzelle - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Turbogebläse mit einer komplexen Kühlstruktur für eine Brennstoffzelle, insbesondere auf ein Turbogebläse mit einer komplexen Kühlstruktur für eine Brennstoffzelle, wobei das Turbogebläse eine verbesserte Leistungsfähigkeit und eine höhere Lebensdauer einer Gebläseeinrichtung bietet, indem ein Temperaturanstieg durch Kühlung der Gebläseeinrichtung, welche Hochdruckluft erzeugt, durch eine Kühlstruktur verhindert wird, wobei diese so konfiguriert ist, dass sie gleichzeitig sowohl ein Luftkühlverfahren als auch ein Wasserkühlverfahren verwendet.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Turbogebläse mit einer komplexen Kühlstruktur für eine Brennstoffzelle, und insbesondere ein Turbogebläse mit einer komplexen Kühlstruktur für eine Brennstoffzelle, wobei das Turbogebläse eine verbesserte Leistungsfähigkeit und eine höhere Lebensdauer einer Laufradeinrichtung bietet, indem ein Temperaturanstieg durch Kühlung der Laufradeinrichtung, welche Hochdruckluft erzeugt, mit einer Kühlstruktur verhindert wird, welche so konfiguriert ist, dass sie gleichzeitig sowohl ein Luftkühlverfahren als auch ein Wasserkühlverfahren verwendet.
  • HINTERGRUND
  • Aufgrund von Problemen wie dem stetigen Anstieg des Ölpreises durch Erschöpfung der fossilen Energie und der Umweltverschmutzung aufgrund der von Fahrzeugen ausgestoßenen Abgase wird die Entwicklung von Fahrzeugen, die eine Brennstoffzelle verwenden, immer dringender benötigt.
  • Die Brennstoffzelle ist eine Zelle, welche in der Lage ist elektrische Energie durch Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu erzeugen. Dementsprechend enthält ein Brennstoffzellenfahrzeug einen Brennstoffzellenstapel, einen Wasserstofflieferanten zur Versorgung des Brennstoffzellenstapels mit Wasserstoff und ein Luftgebläse etc. zur Versorgung des Brennstoffzellenstapels mit Druckluft.
  • Insbesondere das Luftgebläse für die Brennstoffzelle benötigt eine niedrige Durchflussrate und einen hohen Druck. Außerdem sind eine hohe Lebensdauer, ein geringes Geräusch und ein großer Antriebsbereich erforderlich.
  • Ein solches Luftgebläse für die Brennstoffzelle ist eine Vorrichtung zur Zufuhr von Sauerstoff, welcher zur Stromerzeugung im Brennstoffzellenstapel benötigt wird, sowie eine Schlüsselkomponente des Brennstoffzellensystems. Außerdem beinhaltet es den Prozess der Komprimierung der Atmosphäre, um den Durchgangswiderstand zu verringern, welcher bei der Zuführung zum Brennstoffzellenstapel entsteht.
  • Auch die Arten der Luftgebläse für Brennstoffzellen werden durch die Höhe des Luftdrucks und der Durchflussmenge bestimmt, welche im Brennstoffzellenstapel benötigt werden. Im Bereich von niedrigem Druck und hoher Durchflussrate wird beispielsweise ein Schrauben- oder Verdrängungskompressor eingesetzt. Im Bereich von relativ hoher Durchflussrate und niedrigem Druck wird in der Regel ein Turbokompressor eingesetzt.
  • Ein Schraubenkompressor wird mit einer niedrigeren Drehzahl als ein Turbokompressor betrieben und hat eine intuitiv verständliche Verdichtungsstruktur. Allerdings hat er schwere und umfangreiche Mängel. Im Fall des Turbokompressors hat dieser eine preiswerte, aber eine kleine und einfache Struktur. Allerdings ist es notwendig, die Schmierstruktur zu sichern, welche für eine Hochgeschwindigkeitsrotation geeignet ist.
  • Die vorliegende Erfindung konzentriert sich auf Experimente zur Kühlungsmethode und Kühlungsstruktur der konventionellen Brennstoffzellen-Luftgebläse für Fahrzeug. Dementsprechend ist es vorgesehen für ein Luftgebläse einer Brennstoffzelle, welches in der Lage ist, die Leistungsfähigkeit und die Lebensdauer der Brennstoffzelle durch Einfangen der Wärme des Luftgebläses zu verbessern.
  • Als Stand der Technik, der sich auf ein Turbogebläse mit einer komplexen Kühlstruktur für eine Brennstoffzelle bezieht, ist „ein Luftgebläse für ein Brennstoffzellenfahrzeug“ der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-1735042 (im Folgenden als „Patentliteratur 1“ bezeichnet) offenbart.
  • Patentschrift 1 betrifft ein Luftgebläse für ein Brennstoffzellenfahrzeug mit einer Luftströmungsrille, welche in einem Bereich ausgebildet ist, der einen äußeren Umfangsabschnitt eines Lagers berührt, wodurch es möglich ist, die Lebensdauer durch Verringerung einer Wellenbelastung zu verbessern, und mit einem Kühlwasserdurchlass, der in einem Motorgehäuse ausgebildet ist, wodurch es möglich ist, die Kühleffizienz weiter zu erhöhen.
  • Als weiterer Stand der Technik ist „ein Luftgebläse für ein Brennstoffzellenfahrzeug“ der koreanischen Patentveröffentlichung Nr. 10-2016-0097884 (im Folgenden als „Patentliteratur 2“ bezeichnet) offenbart.
  • Patentliteratur 2 bezieht sich auf ein Luftgebläse für ein Brennstoffzellenfahrzeug, welches ein Gehäuse, ein Laufradträgerteil, ein Laufradgehäuse, eine hintere Abdeckung und einen Gebläsemotor umfasst. Das Gehäuse bildet die Außenseite des Luftgebläses. Das Laufradträgerteil ist mit der Vorderseite des Gehäuses gekoppelt und trägt ein Laufrad, welches Außenluft herbeiführt. Das Laufradgehäuse ist mit dem Laufradträgerteil gekoppelt, um das Laufrad abzudecken, und hat einen Lufteinlass, welcher Luft ansaugt, und einen Luftablass, welcher Druckluft ausstößt. Die hintere Abdeckung ist an der Rückseite des Gehäuses angekoppelt. Der Gebläsemotor ist auf der Innenseite des Gehäuses installiert und treibt die Rotation des Laufrads an. Das Laufradträgerteil kann einen ersten Strömungsweg aufweisen, über den die vom Laufrad herbeigeführte Luft in das Gehäuse eingeleitet werden kann. Da das Luftgebläse gemäß der vorliegenden Erfindung keinen separaten Drainageschlauch und keinen Anschluss für die Drainage aufweist, kann das Luftgebläse einfach gehandhabt werden, und es besteht keine Notwendigkeit, einen Drainageschlauch zu ersetzen. Außerdem kann ein Rotor des Gebläsemotors ausreichend gekühlt werden, um eine Verschlechterung der Lebensdauer eines Lagers und eine Verkürzung des Hubes aufgrund der Hitze des Rotors zu reduzieren.
  • Wie oben beschrieben, liegen die Patentschriften 1 und 2 auf demselben technischen Gebiet wie die vorliegende Erfindung und sind hinsichtlich der durch die Erfindung zu lösenden Aufgabenstellungen (Gegenstand der Erfindung) teilweise identisch mit der vorliegenden Erfindung. Sie unterscheiden sich jedoch in den Lösungsmitteln, d. h. in den Komponenten und deren Wirkungen voneinander.
  • Sie unterscheiden sich daher in ihren technischen Merkmalen voneinander.
  • PATENTLITERATUR
    • Patentliteratur 1: Koreanische Patentanmeldung Nr. 10-1735042 (04. Mai 2017)
    • Patentliteratur 2: Koreanische Patentveröffentlichung Nr. 10-2016-0097884 (18. August 2016)
  • OFFENLEGUNG
  • TECHNISCHES PROBLEM
  • In dieser Hinsicht wird die vorliegende Erfindung gemacht, um solche Probleme des oben beschriebenen verwandten Standes der Technik zu lösen. Ein Ziel ist es, ein Turbogebläse für eine Brennstoffzelle bereitzustellen, wobei das Turbogebläse eine verbesserte Leistungsfähigkeit und eine höhere Lebensdauer, durch Verringerung eines Temperaturanstiegs einer Laufradeinrichtung, ermöglicht, durch Bildung einer Kühlstruktur, welche so konfiguriert ist, dass sie gleichzeitig sowohl durch ein Luftkühlverfahren als auch durch ein Wasserkühlverfahren verwendet werden kann.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Turbogebläse für eine Brennstoffzelle bereitzustellen, bei dem der Temperaturanstieg verringert wird, insbesondere durch die Verwendung von Luft, die ohne äußere Kraft in ein Gebläsegehäuse durch ein Laufradeinrichtung gesaugt wird.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Turbogebläse für eine Brennstoffzelle bereitzustellen, welche eine konstante Leistung aufweist, indem eine Menge an Luft sichergestellt wird, die durch eine Laufradeinrichtung in ein Gebläsegehäuse gesaugt wird.
  • TECHNISCHE LÖSUNG
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, sowie um diese Ziele zu erreichen, wird ein Turbogebläse mit einer komplexen Kühlstruktur für eine Brennstoffzelle bereitgestellt, welches so konfiguriert ist, dass es folgendes umfasst: eine Gebläsegehäuseeinrichtung, welches die Strömung und den Ausstoß der angesaugten Luft leitet; sowie eine Laufradeinrichtung, welche innerhalb der Gebläsegehäuseeinrichtung positioniert und mit der Gebläsegehäuseeinrichtung gekoppelt ist und ein Zufluss und ein Durchfluss von Luft erzeugt, wobei die Gebläsegehäuseeinrichtung so konfiguriert ist, dass sie folgendes umfasst: ein Laufradeinrichtungs-Luftkühlungsteil, welches die Laufradeinrichtung unter Verwendung eines Luftstroms kühlt, welcher durch die Laufradeinrichtung in das Innere der Gebläsegehäuseeinrichtung gesaugt wird; und eine Laufradeinrichtungs-Wasserkühlungseinheit, welches in der Nähe der Laufradeinrichtung ausgebildet ist und die Laufradeinrichtung unter Verwendung eines Kühlwasserstroms kühlt, welcher von außen zugeführt wird, so dass eine Verringerung des Temperaturanstiegs, der Leistungsfähigkeit und der Lebensdauer der mit hoher Geschwindigkeit rotierenden Laufradeinrichtung maximiert werden.
  • In der Zwischenzeit sollte verstanden werden, dass die Terminologie oder die in den Ansprüchen verwendeten Wörter nicht im normalen oder lexikalischen Sinne interpretiert werden sollten. Sie sollten als Bedeutung und Konzept interpretiert werden, welche mit der technischen Idee der vorliegenden Erfindung übereinstimmen, basierend auf dem Prinzip, dass der Erfinder das Konzept des Begriffs richtig definieren kann, um seine Erfindung auf die beste Weise zu beschreiben.
  • Daher sind die in der vorliegenden Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen und die in den Zeichnungen gezeigten Konfigurationen nur die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, und es werden nicht alle technischen Ideen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Daher ist es zu verstehen, dass verschiedene Äquivalente und Modifikationen möglich sind.
  • VORTEILHAFTE EFFEKTE
  • Wie oben in den Konfigurationen und Operationen beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Laufradeinrichtung, welche Druckluft erzeugt, durch eine Kühlstruktur gekühlt, die so konfiguriert ist, dass sie gleichzeitig sowohl eine Luftkühlungsmethode als auch eine Wasserkühlungsmethode verwendet.
  • Insbesondere wird ein Kühlverfahren unter Verwendung von Luftkühlung durchgeführt, indem ein Luftstrom verwendet wird, welcher ohne äußere Kraft in ein Gebläsegehäuse durch eine Laufradeinrichtung gesaugt wird. Die Luftströmung verringert einen Temperaturanstieg, wobei die zur Kühlung der Laufradeinrichtung verwendete Luft nicht nach außen abgegeben wird, sondern in ein Laufrad eingeleitet wird, wodurch die Leistungsfähigkeit der Laufradeinrichtung erhöht wird.
  • Das heißt, da die Laufradeinrichtung nicht nur die Funktion des Verdichtens von Luft erfüllt, sondern auch die Funktion eines Kühlgebläses, welches Luft ansaugt, die zur Kühlung des Laufradeinrichtung verwendet wird, entfällt eine separate Energiequelle, die zum Betrieb eines Kühlgebläses vorgesehen ist, wobei die Strömung der angesaugten Luft die Temperatur der Laufradeinrichtung senkt. Außerdem wird die Luft komprimiert, um sie in einen Brennstoffzellenstapel abzugeben, wodurch die Leistungsfähigkeit der Laufradeinrichtung maximiert wird.
  • Infolgedessen wird die Leistungsfähigkeit und die Lebensdauer des Turbogebläses für eine Brennstoffzelle verbessert.
  • Darüber hinaus wird eine ausreichende Menge an Luft, welche in die Gebläsegehäuseeinrichtung angesaugt wird, durch einen Ansaugluft-Sicherungsteil gesichert, so dass eine Luftmenge, welche durch die Laufradeinrichtung komprimiert wird, um dem Brennstoffzellenstapel zugeführt zu werden, konstant gehalten wird.
  • Das heißt, die vorliegende Erfindung ist eine sehr leistungsfähige Erfindung, welche das Turbogebläse für eine Brennstoffzelle vollständig kühlt, so dass eine hohe Leistungsfähigkeit und eine Kosteneinsparung beibehalten und gesichert werden.
  • Figurenliste
  • Die oben genannten und andere Objekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher, in denen:
    • 1 ein Konfigurationsdiagramm des Turbogebläses mit einer komplexen Kühlstruktur für eine Brennstoffzelle zeigt, wie bei der vorliegenden Erfindung;
    • 2 eine perspektivische Ansicht eines Zustands des Turbogebläses mit einer komplexen Kühlstruktur für eine Brennstoffzelle im Sinne der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 3 eine Querschnittsansicht des Turbogebläses mit einer komplexen Kühlstruktur für eine Brennstoffzelle im Sinne der vorliegenden Erfindung zeigt; und
    • 4 ein Flussdiagramm zeigt, welches kurzgefasst einen Betrieb und einen Luftstrom des Turbogebläses darstellt, mit einer komplexen Kühlstruktur für eine Brennstoffzelle im Sinne der vorliegenden Erfindung.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    ein Turbogebläse mit einer komplexen Kühlstruktur für eine Brennstoffzelle
    100
    Gebläsegehäuseeinrichtung
    110
    Luftansaugkanal
    120
    Luftstromführungsabdeckung
    130
    Luftablasskanal
    140
    Ansaugluft-Sicherungsteil
    150
    Laufradeinrichtungs-Luftkühlungsteil
    160
    Laufradeinrichtungs-Wasserkühleinheit
    161
    Kühlwasser-Zufluss-I Umlaufrille
    170
    erster Luftströmungsweg
    180
    zweiter Luftströmungsweg
    190
    Luftumlaufkammer
    200
    Laufradeinrichtung
    210
    Stator
    220
    Rotor
    230
    Laufrad
    S100
    Laufradeinrichtungs-Betriebsschritt
    S200
    Luftansaug-Schritt
    S300
    Luftströmungs-Schritt
    S310
    Erster Luftströmungsweg-Erzeugungsschritt
    S320
    Zweiter Luftströmungsweg-Erzeugungsschritt
    S400
    Laufradeinrichtungs-Kühlungsschritt
    S500
    Luftkomprimierungs-Schritt
    S600
    Druckluftablass-Schritt
    S700
    Druckluftzufuhr-Schritt
  • BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
  • Nachfolgend werden eine Funktion, ein Aufbau und ein Betrieb eines Turbogebläses mit einer komplexen Kühlstruktur für eine Brennstoffzelle im Sinne der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben.
  • 1 illustriert ein Konfigurationsdiagramm des Turbogebläses mit einer komplexen Kühlstruktur für eine Brennstoffzelle im Sinne der vorliegenden Erfindung. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Zustands des Turbogebläses mit einer komplexen Kühlstruktur für eine Brennstoffzelle im Sinne der vorliegenden Erfindung. 3 zeigt eine Querschnittsansicht des Turbogebläses mit einer komplexen Kühlstruktur für eine Brennstoffzelle im Sinne der vorliegenden Erfindung.
  • Wie in den 1 bis 3 dargestellt, ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Turbogebläse (1) mit einer komplexen Kühlstruktur für eine Brennstoffzelle so konfiguriert, dass es umfasst:
    • ein Gebläsegehäuseeinrichtung (100), welche die Strömung und den Ausstoß der angesaugten Luft leitet; und
    • ein Laufradeinrichtung (200), welche innerhalb des Gebläsegehäuseeinrichtung (100) positioniert ist und mit der Gebläsegehäuseeinrichtung (100) gekoppelt ist und einen Zufluss und einen Durchfluss von Luft erzeugt, und
    • die Gebläsegehäuseeinrichtung (100) die so konfiguriert ist, dass sie folgendes umfasst: ein Laufradeinrichtungs-Luftkühlungsteil (150), welches die Laufradeinrichtung (200) unter Verwendung eines Luftstroms kühlt, der durch die Laufradeinrichtung (200) in das Innere der Gebläsegehäuseeinrichtung (100) gesaugt wird; sowie eine Laufradeinrichtungs-Wasserkühlungseinheit (160), welches in der Nähe der Laufradeinrichtung (200) ausgebildet ist und die Laufradeinrichtung (200) unter Verwendung eines von außen zugeführten Kühlwasserstroms kühlt, so dass eine Verringerung des Temperaturanstiegs, der Leistungsfähigkeit und eine höhere Lebensdauer der mit hoher Geschwindigkeit rotierenden Laufradeinrichtung (200) maximiert werden.
  • Das heißt, die vorliegende Erfindung stellt ein Turbogebläse für eine Brennstoffzelle dar, welche ermöglicht das Sauerstoff zu einem Brennstoffzellenstapel geführt wird, es dient zur Lösung der Probleme (kurze Lebensdauer oder eine Abnahme der Leistungsfähigkeit) eines Turbogebläses einer Brennstoffzelle bedingt durch hohe Hitze. Eine Maximierung einer Kühlwirkung des Turbogebläses für eine Brennstoffzelle und eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit und Lebensdauer des Turbogebläses einer Brennstoffzelle durch die Kühlung einer Laufradeinrichtung (200), welche Druckluft erzeugt, wird durch ein Kühlverfahren unter Verwendung von sowohl Luftkühlung als auch Wasserkühlung ermöglicht.
  • Genauer gesagt ist die Gebläsegehäuseeinrichtung (100), welche die von der Laufradeinrichtung (200) angesaugte Luft in einen bestimmten Pfad leitet, um einen Temperaturanstieg der Laufradeinrichtung (200) zu verhindern, so konfiguriert, dass es folgendes, wie in 3 dargestellt, umfasst,
    einen Luftansaugkanal (110), welcher das Ansaugen von Luft im Inneren ermöglicht;
    eine Luftstromführungsabdeckung (120), welche so ausgebildet ist, dass sie eine gekrümmte Oberfläche aufweist, an einer benachbarten Position luftdicht mit der Laufradeinrichtung (200) gekoppelt ist und im Inneren angesaugte Luft zu der Laufradeinrichtung (200) führt;
    einen Luftablasskanal (130), welcher bewirkt, dass Luft, die einem Druckanstieg durch die Laufradeinrichtung (200) ausgesetzt ist, zu einem Brennstoffzellenstapel ausgestoßen wird;
    einen Ansaugluft-Sicherungsabschnitt (140), welcher bewirkt, dass eine innerhalb der Gebläsegehäuseeinrichtung (100) angesaugte Luftmenge gesichert wird;
    ein Laufradeinrichtungs-Luftkühlungsteil (150), welches die Laufradeinrichtung (200) unter Verwendung eines Luftstroms kühlt, welcher innerhalb der Gebläsegehäuseeinrichtung (100) durch die Laufradeinrichtung (200) angesaugt wird;
    eine Laufradeinrichtungs-Wasserkühlungsteinheit (160), welches in der Nähe der Laufradeinrichtung (200) ausgebildet ist, wobei die Laufradeinrichtung (200) unter Verwendung eines Stroms von Kühlwasser kühlt, welches von außen zugeführt wird und eine Kühlwasser-Zulauf-/ Umlaufrille (161) aufweist;
    einen ersten Luftströmungsweg (170), welcher durch den Luftansaugkanal (110), den Laufradeinrichtungs-Luftkühlungsteil (150) und die Luftströmungsführungsabdeckung (120) erzeugt wird;
    einen zweiten Luftströmungsweg (180), welcher durch den Luftansaugkanal (110), den Ansaugluft-Sicherungsabschnitt (140) und die Luftströmungsführungsabdeckung (120) erzeugt wird; und
    eine Luftumlaufkammer (190), welche durch die Luftstromführungsabdeckung (120) gebildet wird und bewirkt, dass durch den ersten Luftstromweg (170) und den zweiten Luftstromweg (180) angesaugte Luft leicht strömt.
  • Das Turbogebläse für eine Brennstoffzelle ist so konfiguriert, dass es die Leistungsfähigkeit und die Lebensdauer maximiert, indem es den Temperaturanstieg des mit hoher Geschwindigkeit rotierenden Laufrads (200) verringert und die im Inneren der Gebläsegehäuseeinrichtung (100) angesaugte Luft auf einen bestimmten Weg leitet, wie oben beschrieben.
  • Das heißt, wie oben beschrieben, werden die Leistungsfähigkeit und die Lebensdauer des Turbogebläses für eine Brennstoffzelle verbessert, indem ein Temperaturanstieg innerhalb des Gebläsegehäuses (100) durch ein Kühlverfahren, bei dem sowohl Luftkühlung als auch Wasserkühlung gleichzeitig verwendet werden, verhindert wird und ein thermischer Gleichgewichtszustand in dem Turbogebläse für eine Brennstoffzelle weiter gefördert wird.
  • Eine organische Kopplungsbeziehung der Gebläsegehäuseeinrichtung (100) der vorliegenden Erfindung zusammen mit der Kopplung an die Laufradeinrichtung (200) maximiert einen Effekt, den das Turbogebläse für eine Brennstoffzelle aufweisen kann.
  • Zum Beispiel, erstens, die Bildung eines Laufradeinrichtungs-Luftkühlungsteils (150) ermöglicht, dass Luft in den Luftansaugkanal (110) durch die Laufradeinrichtung (200) angesaugt wird, um in Kontakt mit der Laufradeinrichtung (200) und der Laufradeinrichtungs-Wasserkühlungseinheit (160) zu gelangen und verhindert einen Temperaturanstieg der Laufradeinrichtung (200) und der Laufradeinrichtungs-Wasserkühlungseinheit (160).
  • Das heißt, die angesaugte Luft wird durch das Laufradeinrichtungs-Luftkühlungsteil (150) und durch das Ansaugluft-Sicherungsteil (140) in zwei Ströme (erster Luftströmungsweg (170) und zweiter Luftströmungsweg (180)) geteilt und kühlt die Laufradeinrichtung (200) durch den ersten Luftströmungsweg (170) und die Laufradeinrichtungs-Wasserkühlungseinheit (160) durch den zweiten Luftströmungsweg (180), um einen Temperaturanstieg zu verhindern.
  • Zweitens verhindert die Laufradeinrichtungs-Wasserkühlungseinheit (160), welches in der Nähe des Laufrads (200) ausgebildet ist, einen Temperaturanstieg der Laufradeinrichtung (200) zusammen mit dem Laufradeinrichtungs-Luftkühlungsteil (150).
  • Das heißt, das Laufradeinrichtungs-Luftkühlungsteil (150) kühlt einen Stator (210) und einen Rotor (220) der Laufradeinrichtung (200) unter Verwendung von angesaugter Luft, wobei die Laufradeinrichtungs-Wasserkühlungseinheit (160) den Stator (210) der Laufradeinrichtung (200) unter Verwendung von Kühlwasser kühlt.
  • Luft, welche durch den Luftansaugkanal (110) und das Ansaugluft-Sicherungsteil (140) in den zweiten Luftströmungsweg (180) gesaugt wird, kühlt die Innenwände der Laufradeinrichtungs-Wasserkühlungseinheit (160) und der Gebläsegehäuseeinrichtung (100) und verhindert einen Temperaturanstieg der Laufradeinrichtung (200) und der Laufradeinrichtungs-Wasserkühlungseinheit (160).
  • Drittens ist die Luftstromführungsabdeckung (120), welche so ausgebildet ist, dass sie eine gekrümmte Oberfläche aufweist, die ein Laufrad (230) zu umgeben scheint, luftdicht mit der Laufradeinrichtung (200) an einer benachbarten Position des Laufrads (230) der Laufradeinrichtung (200) gekoppelt, wobei es mit dem Luftansaugkanal (110) in einer entgegengesetzten Richtung gekoppelt ist, so dass ein Laufradeinrichtungs-Luftkühlungteil (150) und ein Laufradeinrichtungs-Wasserkühlungsteil (160) reibungslos betrieben werden. Auf diese Weise werden Geräusche reduziert und die Luft wird nur durch den Luftansaugkanal (110) angesaugt.
  • Darüber hinaus ist die Luftstromführungsabdeckung (120) ein Konfigurationselement, welches zur Erzeugung des ersten Luftstromwegs (170) und des zweiten Luftstromwegs (180) verwendet wird und die durch den ersten Luftstromweg (170) und den zweiten Luftstromweg (180) angesaugte Luft so führt, dass sie leicht in das Laufrad (230) strömt.
  • Um viertens das Problem einer mangelnden Menge an Luft, welche in das Laufrad (230) strömen muss, aufgrund einer Positionsbeziehung zwischen dem Laufrad (230) der Laufradeinrichtung (200) und dem Luftansaugkanal (110) der Gebläsegehäuseeinrichtung (100) zu überwinden, soll eine ausreichende Menge an Luft, welche in das Laufrad (230) strömt, durch Erzeugung eines zweiten Luftströmungsweges (170) durch das Ansaugluft-Sicherungsteil (140) gesichert werden.
  • Mit anderen Worten, die Positionen an denen das Laufrad (230) und der Luftansaugkanal (110) ausgebildet sind, sind beide Ränder der Gebläsegehäuseeinrichtung (100), damit ist das Ansaugluft-Sicherungsteil (140) zur gleichmäßigen Strömung der angesaugten Luft und zur Sicherung der Luftmenge ausgebildet.
  • Das heißt, die vorliegende Erfindung konzentriert sich auf ein Kühlverfahren der Laufradeinrichtung (200) als Teil zur Maximierung der Leistungsfähigkeit und Lebensdauer des Turbogebläses für eine Brennstoffzelle, so dass eine Kühlstruktur, die sowohl Luftkühlung und Wasserkühlung gleichzeitig durch organische Kopplung der Gebläsegehäuseeinrichtung (100) und der Laufradeinrichtung (200) zusammen verwenden können, um die Laufradeinrichtung (200) zu kühlen.
  • Ferner absorbiert in dem Turbogebläse (1) mit einer komplexen Kühlstruktur für eine Brennstoffzelle, wie in der vorliegende Erfindung, Luft, welche durch den Luftansaugkanal (110) angesaugt wird, Wärme aus der Laufradeinrichtung (200), um die Laufradeinrichtung (200) zu kühlen, während es die Laufradeinrichtung passiert, wobei beim Durchgang durch die Laufradeinrichtung (200) eine aktive molekulare Bewegung der Luft aufgrund der absorbierten Wärme gefördert wird, wodurch die Luft leicht in Richtung des Laufrads (230) strömen kann.
  • Das bedeutet, die vorliegende Erfindung hemmt den Temperaturanstieg der Laufradeinrichtung (200), verringert Lärm, und maximiert die Leistungsfähigkeit und die Lebensdauer des Turbogebläses für eine Brennstoffzelle.
  • Währenddessen ist die Laufradeinrichtung (200), welche Luft innerhalb des Gebläsegehäuseeinrichtung (100) ansaugt, so konfiguriert, dass sie folgendes umfasst:
    • einen Stator (210);
    • einen Rotor (220); und
    • ein Laufrad (230), welches die gleiche Konfiguration wie ein Hochgeschwindigkeitsmotor in einem Turbogebläse für eine Brennstoffzelle in der verwandten Technik darstellt.
  • Die vorliegende Erfindung ist eine Technologie zur Kühlung der Laufradeinrichtung (200) durch eine organische Kopplung der Gebläsegehäuseeinrichtung (100) und der Laufradeinrichtung (200), und insbesondere organische Kopplung der Gebläsegehäuseeinrichtung (100), an dem die Laufradeinrichtung (200) gekoppelt ist, wobei die vorliegende Erfindung keine Technologie darstellt, welche sich auf die Laufradeinrichtung (200) bezieht, daher ist die detaillierte Beschreibung der Technologie, welche sich auf die Laufradeinrichtung (200) bezieht, wegzulassen.
  • In der Zwischenzeit, um kurz den Betrieb und den Luftstrom des Turbogebläses (1) mit einer komplexen Kühlstruktur für eine Brennstoffzelle mit Bezug auf 4 zu beschreiben, dreht sich die Laufradeinrichtung (200), durch von außen zugeführte Energie (◄ S100, Laufradeinrichtungs-Betriebsschritt), wobei die Laufradeinrichtung (200), welche sich mit einer hohen Geschwindigkeit dreht, bewirkt, dass Luft in die Gebläsegehäuseeinrichtung (100) gesaugt wird (◄ S200, Luftansaug-Schritt).
  • Die innerhalb der Gebläsegehäuseeinrichtung (100) angesaugte Luft strömt, indem sie in zwei Ströme geteilt wird (◄ S300, Luftströmungs-Schritt), wobei die geteilte Luft entlang des ersten Luftströmungswegs (170) und des zweiten Luftströmungswegs (180) strömt (◄ S310 und S320, erster Luftströmungsweg-Erzeugungsschritt und zweiter Luftströmungsweg-Erzeugungsschritt), wobei das Laufrad (200) gekühlt wird (◄ S400, Laufradeinrichtungs-Kühlungsschritt).
  • Die Luft, welche entlang des ersten Luftströmungsweges (170) und des zweiten Luftströmungsweges (180) strömt, wird durch das Laufrad (230) komprimiert (◄ S500, Luftkompressions-Schritt), wobei die komprimierte Luft durch den Luftablasskanal (130) abgegeben wird (◄ S600, Druckluftablass-Schritt), wobei die komprimierte Luft dem Brennstoffzellenstapel zugeführt wird, welcher mit dem Luftablasskanal (130) gekoppelt ist (◄ S700, Druckluftzufuhr-Schritt)
  • Hier führt die Laufradeinrichtungs-Wasserkühlungseinheit (160) kontinuierlich eine Kühlung des Laufrads (200) durch, indem es eine Wasserkühlung in einem Prozess vom Laufradeinrichtungs-Betriebsschritt (S100) bis zum Druckluftzufuhr-Schritt (S700) nutzt, so dass das Laufrad (200) gekühlt wird.
  • Das heißt, die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Turbogebläse für eine Brennstoffzelle, wobei die angesaugte Luft komprimiert wird und die komprimierte Luft zum Brennstoffzellenstapel übertragen wird.
  • Wie oben beschrieben, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt, wobei es für diejenigen, die über allgemeine Kenntnisse auf dem Gebiet der Technik verfügen, offensichtlich ist, dass die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weise modifiziert und geändert werden kann, ohne von der Idee und dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Da die vorliegende Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen realisiert werden kann, ohne dass von der technischen Idee oder dem Hauptmerkmal abgewichen wird, werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nur als einfache Beispiele dargestellt und sind nicht eng auszulegen, sondern können vielfältig modifiziert werden.
  • GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Turbogebläse mit einer komplexen Kühlstruktur für eine Brennstoffzelle, sie kann auf einen Fertigungsbetrieb zur Herstellung von Turbogebläsen und einen Verkaufsbetrieb davon angewendet werden, insbesondere auf eine Industrie, welche sich auf ein Turbogebläse für eine Brennstoffzelle zur Versorgung eines Brennstoffzellenstapels mit Druckluft bezieht, wobei sie ferner zu einer Verbesserung in verschiedenen Industriebereichen der allgemeinen Industrie oder dergleichen beitragen kann, in denen Druckluft verwendet wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • KR 101735042 [0009, 0014]
    • KR 1020160097884 [0014]

Claims (1)

  1. Turbogebläse (1) mit einer komplexen Kühlstruktur für eine Brennstoffzelle zur Lösung eines Problems (kurze Lebensdauer oder Abnahme der Leistungsfähigkeit) des Turbogebläses für eine Brennstoffzelle aufgrund von großer Hitze, durch Maximierung eines Kühleffekts des Turbogebläses für eine Brennstoffzelle und Verbesserung der Leistungsfähigkeit und der Lebensdauer des Turbogebläses für eine Brennstoffzelle durch Kühlung einer Laufradeinrichtung (200), welche Druckluft erzeugt, durch ein Kühlverfahren, bei dem sowohl Luftkühlung als auch Wasserkühlung gleichzeitig verwendet werden, wobei das Turbogebläse umfasst: eine Gebläsegehäuseeinrichtung (100), welche die Strömung und den Ausstoß der angesaugten Luft leitet; und eine Laufradeinrichtung (200), welche innerhalb der Gebläsegehäuseeinrichtung (100) positioniert ist und mit der Gebläsegehäuseeinrichtung (100) gekoppelt ist und den Zufluss und Durchfluss von Luft erzeugt, wobei die Gebläsegehäuseeinrichtung (100), welche im Inneren angesaugte Luft auf einen bestimmten Weg leitet, um einen Temperaturanstieg der Laufradeinrichtung (200) zu verhindern, so konfiguriert ist, dass sie umfasst: einen Luftansaugkanal (110), welcher das Ansaugen von Luft im Inneren ermöglicht; eine Luftstromführungsabdeckung (120), welche so ausgebildet ist, dass sie eine gekrümmte Oberfläche aufweist, sowie an einer benachbarten Position luftdicht mit der Laufradeinrichtung (200) gekoppelt ist und im Inneren angesaugte Luft zur Laufradeinrichtung (200) führt; einen Luftablasskanal (130), welcher bewirkt, dass Luft, die einem Druckanstieg durch die Laufradeinrichtung (200) ausgesetzt ist, zu einem Brennstoffzellenstapel ausgestoßen wird; ein Ansaugluft-Sicherungsteil (140), welches bewirkt, dass eine innerhalb der Gebläsegehäuseeinrichtung (100) angesaugte Luftmenge gesichert wird; ein Laufradeinrichtungs-Luftkühlungsteil (150), welches die Laufradeinrichtung (200) unter Verwendung eines Luftstroms kühlt, der durch die Laufradeinrichtung (200) innerhalb der Gebläsegehäuseeinrichtung (100) gesaugt wird; eine Laufradeinrichtungs-Wasserkühlungseinheit (160), welche in der Nähe der Laufradeinrichtung (200) ausgebildet ist und die Laufradeinrichtung (200) unter Verwendung eines Stroms von Kühlwasser kühlt, welches von außen zugeführt wird, und die eine Kühlwasser-Zufluss-/ Umlaufrille (161) aufweist; einen ersten Luftströmungsweg (170), welcher durch den Luftansaugkanal (110), den Laufradeinrichtungs-Luftkühlungsteil (150) und durch die Luftströmungsführungsabdeckung (120) erzeugt wird; einen zweiten Luftströmungsweg (180), welcher durch den Luftansaugkanal (110), den Ansaugluft-Sicherungsteil (140) und die Luftströmungsführungsabdeckung (120) erzeugt wird; und eine Luftumlaufkammer (190), welche durch die Luftstromführungsabdeckung (120) gebildet wird und bewirkt, dass durch den ersten Luftströmungsweg (170) und den zweiten Luftströmungsweg (180) angesaugte Luft leicht strömt, wobei das Turbogebläse für eine Brennstoffzelle so konfiguriert ist, dass es die Leistungsfähigkeit und die Lebensdauer maximiert, indem es einen Temperaturanstieg der Laufradeinrichtung (200), welche sich mit einer hohen Geschwindigkeit dreht, verringert, wobei die Luft, die im Inneren der Gebläsegehäuseeinrichtung (100) angesaugt wird, zu einem bestimmten Weg, wie oben beschrieben, leitet, wobei die Laufradeinrichtung (200), welche bewirkt, dass Luft in das Innere der Gebläsegehäuseeinrichtung (100) gesaugt wird, so konfiguriert ist, dass sie umfasst: einen Stator (210); einen Rotor (220); und ein Laufrad (230), wobei die angesaugte Luft komprimiert wird und die komprimierte Luft an den Brennstoffzellenstapel geliefert wird, und wobei eine Verringerung des Temperaturanstiegs, die Leistungsfähigkeit und die Lebensdauer der mit hoher Geschwindigkeit rotierenden Laufradeinrichtung (200) maximiert werden, indem ein Temperaturanstieg innerhalb der Gebläsegehäuseeinrichtung (100) durch das Kühlverfahren, bei dem sowohl Luftkühlung als auch Wasserkühlung gleichzeitig verwendet werden, verhindert wird und ferner ein thermischer Gleichgewichtszustand gefördert wird.
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