KR20080077675A - 연료 전지 압축기 시스템 - Google Patents

연료 전지 압축기 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20080077675A
KR20080077675A KR1020087016807A KR20087016807A KR20080077675A KR 20080077675 A KR20080077675 A KR 20080077675A KR 1020087016807 A KR1020087016807 A KR 1020087016807A KR 20087016807 A KR20087016807 A KR 20087016807A KR 20080077675 A KR20080077675 A KR 20080077675A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
stage
fuel cell
compressor system
compressor
housing
Prior art date
Application number
KR1020087016807A
Other languages
English (en)
Inventor
윌리암 니콜라스 에이베르진
마틴 데일 프라이어
제임스 매튜 브라운
Original Assignee
이턴 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이턴 코포레이션 filed Critical 이턴 코포레이션
Publication of KR20080077675A publication Critical patent/KR20080077675A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D17/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D17/08—Centrifugal pumps
    • F04D17/10—Centrifugal pumps for compressing or evacuating
    • F04D17/12—Multi-stage pumps
    • F04D17/122—Multi-stage pumps the individual rotor discs being, one for each stage, on a common shaft and axially spaced, e.g. conventional centrifugal multi- stage compressors
    • F04D17/125—Multi-stage pumps the individual rotor discs being, one for each stage, on a common shaft and axially spaced, e.g. conventional centrifugal multi- stage compressors the casing being vertically split
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D17/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D17/08—Centrifugal pumps
    • F04D17/10—Centrifugal pumps for compressing or evacuating
    • F04D17/12—Multi-stage pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/4206—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04111—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants using a compressor turbine assembly
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/70—Shape
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

다단 연료 전지 원심압축기 시스템은 축을 포함하는 모터와, 모터에 연결되는 압축기를 포함한다. 압축기는 제 1 스테이지 입구와, 제 1 스테이지 입구와 유체 연통 가능하게 연결된 제 1 하우징과, 축에 의해 구동되어 시스템의 제 1 스테이지를 통해 유체를 유도시키는 제 1 임펠러를 포함한다. 압축기는 제 1 하우징과 유체 연통 가능하게 연결된 제 1 스테이지 출구와, 제 2 스테이지 입구와, 제 2 스테이지 입구와 유체 연통 가능하게 연결된 제 2 하우징과, 제 2 스테이지를 통해 유체를 유동시키는 제 2 임펠러와, 제 2 하우징과 유체 연통 가능하게 연결된 제 2 스테이지 출구와, 제 1 스테이지 출구와 제 2 스테이지 입구 사이에서 연장되는 파이프를 더 포함한다. 파이프는 제 1 스테이지 출구와 제 2 스테이지 입구를 유체 연통 가능하게 연결시키고, 이에 의해 유체 중 적어도 일부를 시스템의 제 1 스테이지에서 제 2 스테이지로 유도한다.

Description

연료 전지 압축기 시스템{FUEL CELL COMPRESSOR SYSTEM}
본 발명은 일반적으로 압축기 시스템의 제 1 스테이지로부터 제 2 스테이지로 유체를 이송하기 위해 파이프를 사용하는 다단(multistage) 연료 전지 원심압축기 시스템을 포함하는 연료 전지 압축기 시스템에 관한 것이다.
연료 전지의 일부 작동 동안, 연료 전지는 일반적으로 연료 전지 스택으로 유입되는 유체가 유량이 적으면서 고압일 것을 요구한다. 단단(single stage) 원심압축기는 일반적으로 이렇나 조건이 압축기의 써지점(surge point)을 넘는 영역에서 존재하기 때문에, 상기 조건 하에서는 작동할 수 없다. 순차적 다단을 갖는 압축기에 있어서, 써지 곡선(surge line)은 각 스테이지 사이의 차압(pressure differential)에 의해 결정되는데, 각 스테이지는 전체적으로 보다 높은 압축기 시스템 압력을 생성하도록 결합되고, 써지 곡선을 보다 높은 압력으로 이동시켜서 작동 범위가 확대되게 한다.
일반적으로 단단 원심압축기는 대량 생산된 표준 베어링의 성능을 초과하는 것일 수 있는 빠른 로터 속도에 도달하지 않고서는 요구 압력까지 유체를 효과적으로 압축시킬 수 없다. 순차적 다단을 갖는 종래의 압축기에 있어서, 유체는 제 1 스테이지에서 제 1 압력으로 압축된 후에, 낮은 압축기 로터 속도를 이용하여 제 2 스테이지에서 보다 높은 압력으로 더 압축될 수 있다. 종래의 다단 압축기는 일반적으로 유동 디퓨저(diffuser)를 갖는 유턴형 내부 전이부(U-turn type internal transition)를 사용하여 유동을 압축기의 제 1 스테이지에서 제 2 스테이지로 유도한다. 그러나, 이러한 종래의 유턴형 전이부는 제한된 효율 영역을 야기할 수 있고, 이는, 예를 들어 불충분한 오프피크(off-peak)의 압축기 성능으로 인해 압축기 작동 범위의 총 시스템 효율에 영향을 미칠 수 있다.
연료 전지의 효율을 향상시키기 위해 압축기의 스테이지들 사이에서의 압력 손실을 최소화하는 연료 전지 압축기 시스템에 대한 요구가 존재한다. 특히 종래의 연료 전지 압축기 시스템용 압축기 볼류트(volute)의 형상이 비교적 복잡하기 때문에, 공간 및 패키징 요건을 감소시키기 위해 타이트하게 패키징되도록 구성될 수 있는 연료 전지 압축기 시스템에 대한 요구가 또한 존재한다. 예를 들면, 종래의 압축기 볼류트는 일반적으로 볼류트의 시작점에서의 작은 직경으로부터 볼류트의 출구에서의 큰 직경에 이르는 원형 단면을 사용한다. 이러한 형상은 통상 인베스트먼트 주조(investment casting)를 필요로 하는데, 이는 비용의 증가와 생산량의 저하를 야기할 수 있다. 따라서, 압축기 볼류트의 생산성(manufacturability)을 향상시킬 수 있는 변형된 압축기 볼류트 형상을 갖는 연료 전지 압축기 시스템에 대한 요구가 또한 있다.
일 실시예에 있어서, 본 발명은 축을 포함하고, 상기 축을 구동하는 모터와, 모터에 연결된 압축기를 포함하는 다단 연료 전지 원심압축기 시스템을 제공한다. 압축기는 제 1 스테이지 입구와, 이 제 1 스테이지 입구와 유체 연통 가능하게 연결된 제 1 하우징과, 축에 의해 구동되며 시스템의 제 1 스테이지를 통해 유체를 유동시키는 제 1 임펠러(impeller)를 포함한다. 압축기는 제 1 하우징과 유체 연통 가능하게 연결된 제 1 스테이지 출구와, 제 2 스테이지 입구와, 이 제 2 스테이지 입구와 유체 연통 가능하게 연결된 제 2 하우징과, 축에 의해 구동되며 제 2 스테이지를 통해 유체를 유동시키는 제 2 임펠러와, 제 2 하우징과 유체 연통 가능하게 연결된 제 2 스테이지 출구와, 제 1 스테이지 출구와 제 2 스테이지 입구 사이에서 연장되는 파이프를 더 포함한다. 파이프는 제 1 스테이지 출구를 제 2 스테이지 입구와 유체 연통 가능하게 연결시키고, 이에 의해 유체 중 적어도 일부를 시스템의 제 1 스테이지에서 제 2 스테이지로 유도한다. 또한, 연료 전지 원심압축기의 제조 방법이 제공된다. "파이프"는 유체 이송 튜브 또는 가요성(flexible) 유체 연결 장치(예컨대, 호스 또는 다른 유체 도관)를 포함하지만 이에 제한되지는 않는 다른 형태의 유체 커넥터를 구비하거나 포함할 수도 있음을 유의해야 한다.
특히 손실을 최소화하도록 구성된 외부 크로스오버 유체 이송 튜브(external cross-over fluid conveyance tube)를 사용함으로써, 압축기에 대한 효율 영역을 확장시킬 수 있고, 그에 따라 보다 넓은 작동 범위 또는 전체 작동 범위 내에서 압축기 시스템의 전체적인 효율을 향상시킬 수 있다.
개량된 다단 연료 전지 압축기 시스템은 몇 가지 장점을 제공할 수 있다. 그 중에서도 특히, 개량된 다단 연료 전지 압축기 시스템은 예를 들어 유턴형 전이부 대신에, 유체 유동을 제 1 스테이지로부터 제 2 스테이지로 유도하는데 파이프를 사용함으로써 시스템의 후속되는 스테이지 사이의 광범위한 작동 범위에 걸쳐 압력 손실을 최소화할 수 있다. 게다가, 예를 들어 신장된(stretched) 원형 단면을 포함하는 압축기 볼류트 형상은 다단 연료 전지 압축기 시스템과 함께 사용하기 위한 압축기 볼류트의 생산성을 개선할 수 있다. 나아가, 각 압축기 스테이지가 동일한 압력비까지 상승하는 단단 압축기보다 낮은 압력비를 가질 수 있기 때문에, 압축기의 써지(surge) 현상은 감소되거나 회피될 수 있다.
본 발명의 이러한 특성 및 다른 특성들은 예시로서 본 발명의 특성을 설명하는 하기의 상세한 설명으로부터 당업자들에게 명백할 것이다.
첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예가 예시로서 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 다단 연료 전지 압축기 시스템에 대한 사시도,
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 다단 연료 전지 압축기 시스템에 대한 평면도,
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 다단 연료 전지 압축기 시스템에 대한 단면도,
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 다단 연료 전지 압축기 시스템에 대한 단면도,
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 압축기 시스템용 커플링에 대한 사시도,
도 6은 크림핑되지 않은 상태의 클림프 조인트(crimp joint)를 도시하는 연료 전지 압축기 시스템용 하우징에 대한 부분 단면도,
도 7a는 종래 기술의 압축기 볼류트에 대한 단면도,
도 7b는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 압축기 볼류트에 대한 단면도.
이하, 첨부 도면에 도시된 예시들인 본 발명의 실시예에 대해 상세하게 설명된다. 본 발명이 실시예와 관련하여 설명되지만, 본 발명을 이 실시예들에 제한하고자 하는 것은 아님을 이해해야 할 것이다. 도리어, 본 발명은 첨부된 특허청구범위에 의해 한정되는 바와 같이 본 발명의 취지와 범위 내에 포함될 수도 있는 대안예, 변형예 및 균등물을 포함하고자 한다.
도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 실시예에 따른 다단 연료 전지 압축기 시스템(10)에 대한 사시도 및 평면도를 개략적으로 도시한다. 도시된 시스템(10)은 모터(12) 및 압축기(14)를 포함한다.
다단 연료 전지 압축기 시스템에 대한 단면도를 개략적으로 도시하는 도 3 및 도 4를 참조하면, 모터(12)는 축(16)을 포함한다. 모터(12)는 전기 모터를 포함할 수도 있고, 축(16)을 구동시키도록 구성될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 모터(12)의 로터가 압축기 축(16)에 연결되거나 직접 부착될 수 있는 압축기(14) 내에 베어링(18)이 배치될 수도 있다. 다른 실시예에 있어서, 압축기(14) 내에 복수의 베어링이 배치될 수도 있다. 축(16)이 후술되는 시스템(10)과 같은 시스템용의 2개의 임펠러를 구동시키기 위한 공통축일 때, 축(16)의 회전 운동을 조절하기 위 해 베어링(18)(또는 복수의 베어링)이 제공될 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 축(16)은 모터(12)와 압축기(14) 사이에서 대체로 축방향으로 연장될 수도 있다.
압축기(14)는 연료 전지에 사용하기 위한 높은 압력으로 유입되는 유체를 압축시키도록 구성된다. 압축기(14)는 예를 들어 커플링(coupling)(20)을 통해 모터(12)와 연결될 수도 있다. 도 5를 참조하면, 커플링(20)은 모터(12)와 압축기(14)를 결합시키기 위한 복수의 핀(22)을 포함할 수도 있다. 도시된 실시예에 있어서, 커플링(20)은 각도적으로 이격된(angularly spaced) 3개의 핀을 포함한다. 다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 일 실시예에 있어서, 베어링(24) 또는 복수의 베어링이 압축기 내에 배치될 수도 있다. 나아가, 일 실시예에 있어서, 복수의 베어링이 모터 내에 배치될 수도 있다. 다른 실시예에 있어서, 적어도 하나의 베어링은 모터(12) 및 압축기(14) 내에 배치될 수도 있다. 압축기(14)는 제 1 스테이지(26), 파이프(28) 및 제 2 스테이지(30)를 포함할 수도 있다. 복수의 스테이지를 포함함으로써, 압축기(14)는 일반적으로 회전 작동 속도가 낮은 경우에도 종래의 단단 압축기보다 높은 압력을 얻을 수 있다.
도시된 실시예에 있어서, 제 1 스테이지(26)는 유입되는 유체를 제 1 스테이지 압력까지 압축할 수 있도록 구성된다. 제 1 스테이지(26)는 모터(12)의 하류측에 위치할 수도 있다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 제 1 스테이지(26)는 입구(32), 하우징(34), 임펠러(36) 및 출구(38)를 포함할 수도 있다.
제 1 스테이지 입구(32)는 압축기(14)의 제 1 스테이지(26) 내로 유체를 수용하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제 1 스테이지 입구(32)는 축(16) 에 대하여 비축방향 각도(at a non-axial angle)로 구성될 수 있다. 예를 들면, 도시된 실시예에 있어서, 제 1 스테이지 입구(32)는 실질적으로 축(16)과 수직으로 제공된다. 일 실시예에 있어서, 유체는 축(16)에 대하여 비축방향 각도로 제 1 스테이지 입구(32)로 유입될 수 있고, 원하는 경우, 예컨대 필터를 통해 반경방향으로 유입될 수 있다. 그 후에 유체는 축방향으로 제 1 스테이지(26) 내로 선회하여 축방향으로 제 1 스테이지(26) 내로 유동할 수도 있다.
제 1 하우징(34)은, 유체가 시스템(10)의 제 1 스테이지(26)를 통해 이송될 때에 유체를 유지하도록 구성될 수도 있다. 제 1 하우징(34)은 제 1 스테이지 입구(32)와 유체 연통 가능하게 연결될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제 1 하우징(34)은 복수의 파스너(fastener)(44)를 사용하여 연결되는 제 1 부분(예컨대, 제 1 반부)(40) 및 제 2 부분(예컨대, 제 2 반부)(42)을 포함할 수도 있는데, 이 파스너(44)는 종래의 체결 수단(예컨대, 수용부 및 대응 스크류 또는 볼트)을 포함할 수도 있으며, 제 1 부분(40) 및 제 2 부분(42)의 외부면 둘레에 배치된다. 특정 실시예에 있어서, 복수의 파스너(44)는 실질적으로 제 1 부분(40) 및 제 2 부분(42)의 외주부 둘레에 배치될 수도 있다.
도 6을 참조하면, 다른 실시예에 있어서, 제 1 하우징(34)의 제 1 및 제 2 부분(40, 42)의 표면(예컨대, 외부면) 둘레의 부분은 2차적인 작업에 의해 연결될 수도 있다. 이러한 2차적인 작업은 크림핑, 용접, 접착(및/또는 접착제의 사용), 또는 2개 또는 그 이상의 상기 수단들의 조합을 포함할 수도 있다. 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, 제 1 및 제 2 부분(40, 42)의 외부면의 부분은 서로 크림 핑되어 하우징(34)의 적어도 일부를 형성할 수도 있다. 도시된 예시로서, 개략적으로 도시된 탭(43, 59)과 같은 탭이 크림핑 작업 동안 절곡되거나 접힐 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 제 1 하우징(34)은 볼류트를 포함할 수도 있다.
도 1 내지 도 4를 다시 참조하면, 제 1 임펠러(36)는 제 1 하우징(34) 내에서 회전하여 시스템(10)의 제 1 스테이지(26)를 통해 유동되는 유체를 가압하도록 구성될 수도 있다. 제 1 임펠러(36)는 하우징(34)에 의해 적어도 부분적으로 포위된다. 제 1 임펠러(36)는 축(16)에 의해 구동되어 시스템(10)의 제 1 스테이지(26)를 통해 유체를 유동시킬 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 제 1 임펠러(36)는 축(16)과 결합될 수 있다. 제 1 임펠러(36)가 제 1 하우징(34) 내에서 회전함에 따라, 제 1 스테이지 가압 유체(pressurized fluid)가 생성될 수 있다.
제 1 스테이지 출구(38)는 추가적 가압을 위해 시스템(10)의 제 2 스테이지(30)로 제 1 스테이지 가압 유체를 유도하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제 1 스테이지 출구(38)는 축(16)에 대하여 비축방향 각도로 구성될 수도 있다. 일부 실시예에서, 제 1 스테이지 출구(38)는 축(16)에 대하여 실질적으로 수직으로 제공될 수도 있다. 제 1 스테이지 출구(38)는 제 1 하우징(34)과 유체 연통 가능하게 연결된다.
본 실시예에 도시된 바와 같이, 파이프(28)는 추가적 가압을 위해 제 1 스테이지 가압 유체를 제 1 스테이지(26)로부터 제 2 스테이지(30)로 이송하도록 구성되고 제공된다. 일 실시예에 있어서, 파이프(28)는 제 1 스테이지 출구(38)와 제 2 스테이지 입구(46) 사이에서 연장되어 제 1 스테이지 출구(38)와 제 2 스테이지 입구(46)를 유체 연통 가능하게 연결시킨다. 이에 의해 파이프(28)는 유체의 적어도 일부를 시스템(10)의 제 1 스테이지(26)로부터 제 2 스테이지(30)로 유도할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 외부 크로스오버 파이프일 수도 있는 파이프(28) 중 적어도 일부는 압축기(14)의 외측 또는 외면에 있다. 예시적인 실시예에 있어서, 파이프(28)는 고분자 또는 플라스틱 재료로 구성될 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 파이프(28)는 폴리프로필렌(polypropylene) 또는 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(acrylonitrile butadiene styrene)(이하, ABS라 함)으로 구성될 수도 있다.
제 2 스테이지(30)는 시스템 내에서 유체를 더 압축하도록 구성될 수 있다. 즉, 제 1 스테이지 가압 유체는 제 2 스테이지 가압 유체로 더 가압될 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 제 2 스테이지(30)가 입구(46), 하우징(48), 임펠러(50) 및 출구(52)를 포함할 수도 있다.
제 2 스테이지 입구(46)는 파이프(28)로부터 압축기(14)의 제 2 스테이지(30) 내로 유체를 수용하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제 2 스테이지 입구(46)는 축(16)과 실질적으로 정렬되어 유체가 축방향으로 제 2 스테이지(30) 내로 유입될 수 있다.
제 2 하우징(48)은, 유체가 시스템(10)의 제 2 스테이지(30)를 통해 이송될 때에 유체를 유지하도록 구성될 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 제 2 하우징(48)은 제 2 스테이지 입구(46)와 유체 연통 가능하게 연결될 수 있다. 원하는 경우, 노즈 콘(nose cone)(54)이 포함되어 제 2 하우징(48) 내에 배치될 수도 있다. 제 1 하우징(34)과 유사한 방식으로 제 2 하우징(48)은 복수의 파스너(60)를 사용하여 연결되는 제 1 부분(예컨대, 제 1 반부)(56) 및 제 2 부분(예컨대, 제 2 반부)(58)을 포함할 수도 있는데, 이 파스너(60)는 일 실시예에서 제 1 부분(56) 및 제 2 부분(58)의 외부면 주위 또는 둘레에 배치된다. 특정 실시예에 있어서, 복수의 파스너(60)는 실질적으로 제 1 부분(56) 및 제 2 부분(58)의 외주부 둘레 또는 주위에 배치될 수도 있다. 도 6을 참조하면, 다른 실시예에 있어서, 그리고 제 1 하우징(34)과 관련하여 개략적으로 논의한 바와 같이, 제 2 하우징(48)의 제 1 및 제 2 부분(56, 58)은 제 1 및 제 2 부분(56, 58)의 외부면 둘레 또는 주위의 일부에서 상호 연결되어(예컨대, 상호 크림핑되어) 제 2 하우징(48)을 형성할 수도 있다. 이에 제한되는 것은 아니지만, 예시로서, 탭(59) 및/또는 탭(43)은 크림핑 작업의 일부로서 절곡되거나 접힐 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제 2 하우징(48)은 볼류트를 포함할 수도 있다.
다시 도 1 내지 도 4를 참조하면, 제 2 임펠러(50)는 제 2 하우징(48) 내에서 회전하여 시스템(10)의 제 2 스테이지(30)를 통해 유동되는 유체를 가압하도록 구성될 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 제 2 임펠러(50)는 하우징(48)에 의해 적어도 부분적으로 포위되고, 축(16)에 의해 구동되어 시스템(10)의 제 2 스테이지(30)를 통해 유체를 유동시킨다. 특정 실시예에 있어서, 제 2 임펠러(50)는 축(16)과 결합될 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 제 2 임펠러(50)는 제 1 임펠러(36)에 인접한 축 상의 위치에서 축(16)과 결합될 수도 있다. 더욱이, 시스템에 대한 실시예에서, 제 2 임펠러(50)는 제 1 임펠러(36)와 상호 배면을 맞대어(back-to-back) 배치될 수도 있다. 일반적으로, 제 2 임펠러(50)가 하우징(48) 내에서 회전함에 따라 제 2 스테이지 가압 유체가 생성될 수 있다.
제 2 스테이지 출구(52)는 연료 전지의 입구를 향해 유체를 향하게 하는 등의 추가적 이용 또는 처리를 위해 제 2 스테이지 가압 유체를 압축기로부터 배출하도록 제공될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제 2 스테이지 출구(52)는 축(16)에 대하여 비축방향 각도로 있도록 구성될 수도 있고, 원하는 경우, 축(16)과 실질적으로 수직으로 제공될 수도 있다. 제 2 스테이지 출구(52)는 제 2 하우징(48)과 유체 연통 가능하게 연결된다.
본 발명의 다른 실시 형태에 있어서, 연료 전지 원심압축기 제조 방법이 제공된다. 도 7a에 개략적으로 도시된 바와 같이, 종래의 압축기 볼류트는 통상 압축기 출구(62)의 주위로 갈수록 커지는 직경을 갖는 원형 단면을 채용한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 도 7b에 개략적으로 도시된 것과 같은 압축기 볼류트(64)는 도 7a의 종래의 압축기 볼류트와 비교하여 신장된 원형 단면을 포함할 수도 있다.
본 발명의 연료 전지 원심압축기 제조 방법은 볼류트의 제 1 피스(piece)를 형성하는 단계와, 볼류트의 제 2 피스를 형성하는 단계와, 제 1 및 제 2 피스를 연결하는 단계를 포함한다. 상기 피스 형성 단계는 다이캐스팅, 단조 또는 스탬핑을 포함할 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 볼류트는 압축기 출구(62)를 포함하고, 압축기 출구(62)의 제 1 측면(68)으로부터 일직선으로 연장되는 내부면(66)과, 만곡부(69)를 갖는 부분과, 압축기 출구(62)의 제 2 측면(70)까지 연장되는 부분을 구비한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 개략적으로 도시된 것과 같이, 만곡 부(69)를 갖는 부분으로부터 제 2 측면(70)까지 연장되는 부분으로의 전이부는 실질적으로 일직선의 세그먼트(72)를 포함할 수도 있고, 실질적으로 수직인 코너(74)(즉, 단면상에서 본 경우)를 더 포함할 수도 있다. 개시된 실시예의 구성은, 그 중에서도 특히, 도 7a에서 개략적으로 식별되는 반도형(peninsula-like) 단면 형상 부분을 제거할 수 있고, 이는 잠재적으로 유량 및 생산성을 개선할 수 있다.
이에 제한되는 것은 아니나, 예시로서, 본 발명의 압축기 볼류트(64)의 변형된 구성 및 형상은, 그 중에서도 특히, 전형적인 다이 로크(die-lock)에 대한 염려 없이 본 발명의 압축기 볼류트(64)를 2개의 피스로 다이캐스팅되게 함으로써 본 발명의 압축기 볼류트(64)의 생산성을 향상시킬 수 있다. 이러한 변형된 형상을 갖는 압축기 볼류트를 생산하는데 인베스트먼트 주조를 필요로 하지 않으므로, 제조비용이 감소되고, 생산율은 증가될 수 있다. 또한, 변형된 형상은 임펠러로부터 볼류트로의 접선방향 유입을 유지시키는데 도움을 줄 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에 대한 상술한 설명은 예시와 설명의 목적으로 개시되었다. 이러한 설명은 발명의 전부를 개시한다거나 개시된 명확한 형태로 발명을 제한하려는 의도는 아니며, 상술한 설명을 고려하여 다양한 변형 및 수정이 가능하다. 본 발명의 원리를 설명하고, 이에 의해 당업자가 본 발명과, 의도된 특정 용도에 적합한 다양한 변형예를 갖는 다양한 실시예들을 이용할 수 있게 하기 위해, 실시예들이 선택되고 개시되었다. 본 발명의 범위를 첨부된 특허청구범위와 그 균등물에 의해 한정하고자 한다.

Claims (25)

  1. 다단 연료 전지 압축기 시스템에 있어서,
    축을 포함하고, 상기 축을 구동하는 모터와,
    상기 모터에 연결된 압축기를 포함하며,
    상기 압축기는,
    제 1 스테이지 입구와,
    상기 제 1 스테이지 입구와 유체 연통 가능하게 연결되는 제 1 하우징과,
    상기 제 1 하우징에 의해 적어도 부분적으로 포위되고, 상기 축에 의해 구동되어 상기 시스템의 제 1 스테이지를 통해 유체를 유동시키는 제 1 임펠러와,
    상기 제 1 하우징과 유체 연통 가능하게 연결된 제 1 스테이지 출구와,
    제 2 스테이지 입구와,
    상기 제 2 스테이지 입구와 유체 연통 가능하게 연결된 제 2 하우징과,
    상기 제 2 하우징에 의해 적어도 부분적으로 포위되고, 상기 축에 의해 구동되어 상기 시스템의 제 2 스테이지를 통해 유체를 유동시키는 제 2 임펠러와,
    상기 제 2 하우징과 유체 연통 가능하게 연결된 제 2 스테이지 출구와,
    상기 제 1 스테이지 출구와 상기 제 2 스테이지 입구를 유체 연통 가능하게 연결시키기 위해 상기 제 1 스테이지 출구와 상기 제 2 스테이지 입구 사이에서 연장되며, 이에 의해 유체 중 적어도 일부를 상기 시스템의 제 1 스테이지로부터 제 2 스테이지로 유도하는 파이프를 포함하는
    다단 연료 전지 압축기 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터는 전기 모터를 포함하는
    다단 연료 전지 압축기 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 스테이지 입구는 상기 축에 대하여 비축방향 각도로 배치되는
    다단 연료 전지 압축기 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 스테이지 출구는 상기 축에 대하여 비축방향 각도로 배치되는
    다단 연료 전지 압축기 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 스테이지 입구는 상기 축과 실질적으로 정렬되는
    다단 연료 전지 압축기 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 스테이지 출구는 상기 축에 대하여 비축방향 각도로 배치되는
    다단 연료 전지 압축기 시스템.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 비축방향 각도는 실질적으로 직각인
    다단 연료 전지 압축기 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 임펠러와 상기 제 2 임펠러는 상호 배면을 맞대어 배치된
    다단 연료 전지 압축기 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터는 상기 제 1 스테이지의 상류측에 배치된
    다단 연료 전지 압축기 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 중 적어도 일부는 축방향으로 상기 제 1 스테이지 내로 유입되는
    다단 연료 전지 압축기 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터 내에 배치된 하나 또는 그 이상의 베어링을 더 포함하는
    다단 연료 전지 압축기 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축기 내에 배치된 하나 또는 그 이상의 베어링을 더 포함하는
    다단 연료 전지 압축기 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터와 상기 압축기를 결합시키기 위한 구동 커플링을 더 포함하는
    다단 연료 전지 압축기 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 구동 커플링은 복수의 핀을 포함하는
    다단 연료 전지 압축기 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 커플링은 각도적으로 이격된 3개의 핀을 포함하는
    다단 연료 전지 압축기 시스템.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 하우징 내에 배치된 노즈콘을 더 포함하는
    다단 연료 전지 압축기 시스템.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 하우징의 제 1 부분 및 제 2 부분은 각각의 상기 제 1 및 제 2 부분의 외부면 부분 둘레에 배치된 복수의 파스너를 사용하여 연결되는
    다단 연료 전지 압축기 시스템.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 하우징의 상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분은 2차적인 작업에 의해 각각의 상기 제 1 및 제 1 부분의 외부면 둘레에서 연결되는
    다단 연료 전지 압축기 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 2차적인 작업은 크림핑, 용접, 접착 또는 접착제 사용, 또는 2 이상의 상기 수단들의 조합을 포함하는
    다단 연료 전지 압축기 시스템.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 외부면은 상기 제 1 및 제 2 부분 중 하나 또는 모두의 주변부를 실질적으로 포함하는
    다단 연료 전지 압축기 시스템.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 파이프 중 적어도 일부는 외부 크로스오버 파이프인
    다단 연료 전지 압축기 시스템.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 파이프 중 적어도 일부는 고분자 또는 플라스틱 재료로 구성되는
    다단 연료 전지 압축기 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 파이프 중 적어도 일부는 폴리프로필렌 또는 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS)으로 구성되는
    다단 연료 전지 압축기 시스템.
  24. 연료 전지 원심압축기를 제조하는 방법에 있어서,
    볼류트의 제 1 피스를 형성하는 단계와,
    상기 볼류트의 제 2 피스를 형성하는 단계와,
    압축기 출구를 포함하는 상기 볼류트를 형성하도록 상기 제 1 피스과 상기 제 2 피스를 연결하는 단계를 포함하며, 상기 볼류트는 상기 압축기 출구의 제 1 측면으로부터 연장되는 내부면을 포함하고, 만곡부를 포함하며, 상기 압축기 출구의 제 2 측면까지 연장되는
    연료 전지 원심압축기 제조 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 형성 단계는 다이캐스팅, 단조 또는 스탬핑을 포함하는
    연료 전지 원심압축기 제조 방법.
KR1020087016807A 2005-12-14 2006-12-14 연료 전지 압축기 시스템 KR20080077675A (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US75022505P 2005-12-14 2005-12-14
US60/750,225 2005-12-14
US11/567,270 2006-12-06
US11/567,270 US20070231164A1 (en) 2005-12-14 2006-12-06 Fuel cell compressor system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20080077675A true KR20080077675A (ko) 2008-08-25

Family

ID=37907717

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020087016807A KR20080077675A (ko) 2005-12-14 2006-12-14 연료 전지 압축기 시스템

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20070231164A1 (ko)
JP (1) JP2009520141A (ko)
KR (1) KR20080077675A (ko)
DE (1) DE112006003397T5 (ko)
WO (1) WO2007070596A2 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100196141A1 (en) * 2005-12-14 2010-08-05 Eaton Corporation Fuel cell compressor system
DE102009037010A1 (de) * 2009-08-11 2011-02-17 Oerlikon Leybold Vacuum Gmbh Vakuumpumpensystem
GB2503240B (en) 2012-06-20 2019-05-29 Intelligent Energy Ltd Cooling system for fuel cells
JP6151382B2 (ja) 2014-02-13 2017-06-21 三菱重工業株式会社 多段電動遠心圧縮機
JP6466910B2 (ja) 2014-02-25 2019-02-06 三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社 多段電動遠心圧縮機及び内燃機関の過給システム
EP4332381A1 (en) * 2022-08-30 2024-03-06 KNORR-BREMSE Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH Compressor and multi stack fuel cell

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2258284A (en) * 1939-03-25 1941-10-07 Eaton Mfg Co Air circulator
US2944785A (en) * 1955-05-18 1960-07-12 Thompson Ramo Wooldridge Inc Impeller for turbine engine and the like
US4155684A (en) * 1975-10-17 1979-05-22 Bbc Brown Boveri & Company Limited Two-stage exhaust-gas turbocharger
USRE31259E (en) * 1979-08-24 1983-05-31 Borg-Warner Corporation Two-stage turbo compressor
US4231702A (en) * 1979-08-24 1980-11-04 Borg-Warner Corporation Two-stage turbo compressor
US4854828A (en) * 1986-05-30 1989-08-08 Haentjens Walter D Remotely removable and replaceable motor for hazardous service pump installation
US5377361A (en) * 1994-06-03 1995-01-03 Piskula; James Toilet flange
JPH11294879A (ja) * 1998-02-16 1999-10-29 Daikin Ind Ltd 冷凍装置
US6193463B1 (en) * 1999-06-30 2001-02-27 Alliedsignal, Inc. Die cast compressor housing for centrifugal compressors with a true volute shape
DE10017801B4 (de) * 2000-04-10 2012-11-08 Zf Sachs Ag Torsionsschwingungsdämpfer
US20040247461A1 (en) * 2001-11-08 2004-12-09 Frank Pflueger Two stage electrically powered compressor
WO2003040567A1 (en) * 2001-11-08 2003-05-15 Borgwarner, Inc. Two stage electrically powered compressor
EP1985861B1 (en) * 2001-12-10 2011-02-02 ResMed Limited Blower apparatus of the CPAP/NIPPV type
US7063519B2 (en) * 2002-07-02 2006-06-20 R & D Dynamics Corporation Motor driven centrifugal compressor/blower
US6997686B2 (en) * 2002-12-19 2006-02-14 R & D Dynamics Corporation Motor driven two-stage centrifugal air-conditioning compressor
SI1604115T1 (sl) * 2003-03-10 2016-10-28 Thermodyn Enota centrifugalnih kompresorjev
US6920754B2 (en) * 2003-05-05 2005-07-26 Honeywell International, Inc. High-pressure ratio turbocharger
US7344787B2 (en) * 2003-10-29 2008-03-18 General Motors Corporation Two-stage compression for air supply of a fuel cell system
US7013879B2 (en) * 2003-11-17 2006-03-21 Honeywell International, Inc. Dual and hybrid EGR systems for use with turbocharged engine
US7014418B1 (en) * 2004-12-03 2006-03-21 Honeywell International, Inc. Multi-stage compressor and housing therefor

Also Published As

Publication number Publication date
DE112006003397T5 (de) 2008-10-16
WO2007070596A3 (en) 2007-10-11
WO2007070596A2 (en) 2007-06-21
JP2009520141A (ja) 2009-05-21
US20070231164A1 (en) 2007-10-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3032108B1 (en) Centrifugal compressor and supercharger
KR20080077675A (ko) 연료 전지 압축기 시스템
EP2960528B1 (en) Centrifugal compressor
CA2384017A1 (en) Deswirler system for centrifugal compressor
EP2397700B1 (en) Multistage centrifugal pump
US4493611A (en) Horizontally split casing of turbo machine
WO2014086730A1 (en) Back-to-back centrifugal pump
EP3392510B1 (en) Piping for driven-type fluid machine
CN106151063B (zh) 一种co循环气压缩机
WO2016042817A1 (ja) 遠心圧縮機
EP1216359B1 (en) Centrifugal pump
US20180128271A1 (en) High efficiency double suction impeller
EP3318762A1 (en) Two-stage compressor with asymmetric second-stage inlet duct
JP6176488B2 (ja) サイドチャネル機器装置
CN211039032U (zh) 双级螺杆压缩机及空调机组
CN116928115A (zh) 磁悬浮离心空压机
CN107850075B (zh) 离心泵
CN201972930U (zh) 一种涡壳式多级离心泵
EP3828417B1 (en) Bridged stage piece
US11421692B2 (en) Water pump module
US11649825B2 (en) Multistage centrifugal pump for conveying a fluid
CN107208532B (zh) 发动机系统
CN109681471B (zh) 一种用于多级离心压缩机的间隔组件
WO2021027720A1 (zh) 侧流道泵
KR100339550B1 (ko) 터보 압축기의 디퓨져 구조

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application