【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及一种尤其是用于车辆、例如商用车辆的燃料电池系统的流体机械，其具有转子轴、紧固在转子轴上的膨胀轮和空气轴承设施，空气轴承设施被设立成用于以能绕转子轴线转动的方式支承转子轴，其中，在膨胀轮与空气轴承设施之间构成流动路径。
技术介绍
1、上述类型的流体机械是众所周知的。空气轴承设施优选应用于这些流体机械中，这是因为它们可以实现转子轴的非接触支承。非接触支承本身意味着有膨胀轮置于其中的腔室与有转子轴和至少空气轴承设施的旋转部分布置在其中的空腔之间不存在气密封闭，而是构成前述流动路径。
2、在燃料电池系统内的流体机械运行时，先前被流体机械压缩的空气进入燃料电池，作为燃料电池过程的反应物供给。在流经燃料电池后，含氧量较低的反应物混合物（所谓的阴极废气）又从燃料电池排出且重新进入流体机械，以便借助膨胀轮在膨胀室内减压。到达膨胀轮的空气具有流体静力学的进入压力，其虽然与流体机械先前已提供的压力相比更低。然而，膨胀室内的进入压力仍高于环境压力。因而，环绕膨胀轮的膨胀室内存在过压。阴极废气含有液滴形式的水以及水饱和的空气。虽然液滴形式的水可以利用传统设备（例如水分离器）去除，然而空气中结合的水无法轻松分离出来。通过借助膨胀轮膨胀，来自空气的水被冷凝出来。基于膨胀室内的过压和/或基于毛细作用，这种冷凝水可能进入流动路径且朝向空气轴承设施运动。由此在轴承中出现不期望的摩擦，进而潜在地出现更高的转动阻力，其必须由流体机械的电机克服。此外，由于水进入，磨损也会显著增加。这些现象在实践中是不希望的。
技术实现
1、因而，本专利技术的任务是在前述类型的流体机械中如下地获得改进，即，尽可能克服前述缺点。尤其是，本专利技术的任务是如下进一步改进前述类型的流体机械，即，实现改进的保护以防止水或其他污染物侵入空气轴承设施，而不损害流体机械的效率。
2、本专利技术解决了其上述任务，其方式是：本专利技术建议一种根据权利要求1的流体机械。尤其是，本专利技术建议在空气轴承设施与膨胀轮之间的流动路径中布置有流动生成器，其被设立成用于依赖于转子轴的旋转生成朝膨胀轮指向的空气流。本专利技术基于这样的认识，即，膨胀轮与空气轴承设施的区域之间的压降越大，水朝向空气轴承设施的方向侵入的风险也越高。然而转子轴转动得越快，围绕膨胀轮的腔室中存在的过压也越高。流体机械的功率也依赖于转子转速而提高。如果其具有一个或多个膨胀级，则这将是驱动功率或回收功率（利用其可支持上游的压缩级）。在压缩机设施中，这也将是压缩机功率本身。因而本专利技术建议，将流动生成器也与转子轴联接且具体如下：转子轴的转速越高，流动生成器就生成越多的朝膨胀轮方向的空气流。
3、在本专利技术的范围内，流体机械不仅可以被理解成集成式构造的压缩机膨胀机设施（其中，一个或多个压缩级在与膨胀轮共用的轴上运行），而且也可以理解为如下设施，在其中膨胀轮与可能的压缩级机械分离地布置在系统中。这两种变型方案都是本专利技术的优选实施方式。
4、这导致，在转速较低时，由流动生成器朝膨胀轮的方向生成的空气流也非常小。尤其是当流体机械具有一个或多个位于膨胀级上游的压缩级时，系统在这方面加以利用，即，膨胀轮上的压力始终以一定的时间落后于流体机械的压缩机侧的压力，这是因为被流体机械压缩的空气在进入膨胀轮之前首先应当流过其他系统部件，即，尤其是燃料电池。在流体机械的运行开始时转子轴必须首先加速才能达到预定的运行转速，这并没有害处。只要转速是低的，膨胀轮上就尚未存在临界过压。如果几秒钟后膨胀轮上出现较高的过压，但是转子轴已经到达所需的工作转速，流动生成器可以提供必要的朝膨胀轮方向的空气流。
5、在一个优选实施方式中，膨胀轮布置在膨胀室内，阴极废气利用预定的流体静力学的进入压力被输入到膨胀室中，其中，流动生成器被设立成用于在面向膨胀轮的压力侧上构建封阻压力，其等于或大于膨胀室的进入压力。因而，这种压力关系可以在预试验中通过校准很好地获知，这是因为进入膨胀室的流体静力学的进入压力以及流动生成器提供的封阻压力都直接依赖于转子轴的转速。
6、在另一优选实施方式中，当转子轴达到或超过预定的转速时，封阻压力超过进入压力0.5 bar绝对值或更多，优选超过1.0 bar绝对值或更多，尤其优选超过1.0 bar绝对值～2.0 bar绝对值的范围内。
7、上述预定的转速在优选实施方式中高于转子轴的抬离转速。抬离转速优选在10,000 rpm~30,000 rpm范围内，优选在12,000 rpm~18,000 rpm之间。
8、在另一优选实施方式中，流动生成器具有若干、优选多个构造在转子轴上的凹部和/或突起。借助这些凹部和/或突起，通过转子轴的旋转获得涡流，其构建阻滞压力，阻滞压力可以经过流动路径朝膨胀室的方向扩散。在第一优选变型方案中，流动生成器具有许多沟槽形式的凹部，它们优选均匀分布地布置在转子轴的周围。这些沟槽例如可以直接嵌入转子叶片的表面，或者施加在转子轴上的对应构造的套筒上。
9、在根据本专利技术的一个变型方案中同样优选的是，流动生成器具有多个肋形式的、优选均匀分布在周围的突起，它们突出于转子轴。
10、在另一优选变型方案中，转子轴不仅具有凹部也具有突起，它们优选均匀分布地布置在转子轴的周围。
11、在另一优选实施方式中，凹部和/或突起平行于转子轴线或者相对于转子轴线成某一角度取向。
12、在此优选的是，流体机械被设立成用于使得转子轴以优选的旋转方向转动，其中，凹部和/或突起的角度具有与该旋转方向相反的倾斜度。换而言之，凹部和/或突起在右转的转子轴中左旋取向，在左转的转子轴中右旋取向。以此方式，基于凹部/突起的侧翼的取向生成朝膨胀轮方向作用的涡流，利用其可构建封阻压力。
13、角度相对于转子轴线优选在10°至80于的范围内。由此（例如不同于螺旋槽，其施加通过气垫生成的、相对于转子轴线正交作用的支撑力）实现凹部或突起在轴向方向上关于转子轴线发挥其作用。
14、在另一优选实施方式中，凹部和/或突起相对于转子轴的表面构成并且具有相对于表面直至20 μm范围内的径向延伸。换而言之，径向延伸限定了相对于转子轴的表面的凹部的深度或者突起的高度。
15、凹部和/或突起可以沿着上述角度笔直延伸，然而它们也可以具有弯曲的走向，其中，在弯曲的走向的情况下，优选将角度限定为割线的角度，其在各自的凹部或各自的突起的轴向末端点之间延伸。
16、在另一优选实施方式中，流动生成器配属有空气输送线路，其独立于空气轴承设施设置，其中，空气输送线路优选被设计成抽吸线路，其导引流体地与环境连接。空气输送线路优选包括一个或多个穿孔，以及进一步优选包括部分或完全周边环绕的槽。通过空气输送线路可靠地阻止，流动生成器在转子轴旋转时从轴承设施吸走空气，这是因为流动生成器的与封阻压力相反的抽吸侧可以经由空气输送线路被供给空气。
17、在另一优选实施方式中，流动生成器和空气轴承设施在转子轴线的方向上彼此相邻地布置或者优选彼此间本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.尤其是用于车辆（200）、例如商用车辆的燃料电池系统（100）的流体机械（1），所述流体机械具有转子轴（19）、紧固在所述转子轴（19）上的膨胀轮（15）以及空气轴承设施（21），所述空气轴承设施被设立成用于以能绕转子轴线（X）转动的方式支承所述转子轴（19），
2.根据权利要求1所述的流体机械（1），其中，
3.根据权利要求2所述的流体机械（1），
4.根据前述权利要求中任一项所述的流体机械（1），
5.根据权利要求4所述的流体机械（1），
6.根据权利要求5所述的流体机械（1），
7.根据权利要求5或6所述的流体机械（1），
8.根据权利要求4至7中任一项所述的流体机械（1），
9.根据前述权利要求中任一项所述的流体机械（1），
10.根据前述权利要求中任一项所述的流体机械（1），
11.根据前述权利要求中任一项所述的流体机械（1），
12.根据权利要求11所述的流体机械（1），
13.根据权利要求11或12所述的流体机械（1），
14.根据权利要求11至13中任一项所述的流体机械（1），
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.尤其是用于车辆（200）、例如商用车辆的燃料电池系统（100）的流体机械（1），所述流体机械具有转子轴（19）、紧固在所述转子轴（19）上的膨胀轮（15）以及空气轴承设施（21），所述空气轴承设施被设立成用于以能绕转子轴线（x）转动的方式支承所述转子轴（19），
2.根据权利要求1所述的流体机械（1），其中，
3.根据权利要求2所述的流体机械（1），
4.根据前述权利要求中任一项所述的流体机械（1），
5.根据权利要求4所述的流体机械（1），
6.根据权利要求5所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：雅尼克·里克，拉斐尔·茨威克，
申请(专利权)人：采埃孚商用车系统全球有限公司，
类型：发明
国别省市：
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