[發明專利]用于燃料電池系統的用于輸送和/或壓縮氣態介質的側通道壓縮機

有效

• 申請號: 201880057890.6
• 申請日: 2018-08-08
• 公開（公告）號: CN111051703B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: T·威蘭;A·赫羅;R·L·馮
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: F04D23/00
• 分類號: F04D23/00;F04D29/66
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 侯鳴慧

本發明涉及一種用于燃料電池系統(37)的側通道壓縮機(1)，用于輸送和/或壓縮氣體、尤其是氫氣，所述側通道壓縮機具有：殼體(3)，其中，所述殼體(3)具有殼體上部分(7)和殼體下部分(8)；和位于所述殼體(3)中的壓縮機室(30)，所述壓縮機室具有環繞的至少一個側通道(19)；和位于所述殼體(3)中的壓縮機輪(2)，所述壓縮機輪以能夠繞著旋轉軸線(4)旋轉的方式布置，其中，所述壓縮機輪(2)在其周邊上具有布置在所述壓縮機室(30)的區域中的葉片(5)；并且具有分別構造在所述殼體(3)上的氣體進入開口(14)和氣體排出開口(16)，所述氣體進入開口和所述氣體排出開口經由所述壓縮機室(30)、尤其所述至少一個側通道(19)相互流體連通。在此，根據本發明，所述壓縮機輪(2)在其周邊上具有環繞的外限界環(11)，所述外限界環相對于所述旋轉軸線(4)旋轉對稱地繞著所述壓縮機輪(2)延伸。

技術領域

本發明涉及一種用于燃料電池系統的側通道壓縮機，用于輸送和/或壓縮氣態介質、尤其是氫氣，所述燃料電池系統尤其設置為用于使用在具有燃料電池驅動裝置的車輛中。

背景技術

在汽車領域中，除液態燃料外，氣態燃料在未來也越來越重要。尤其在具有燃料電池驅動裝置的車輛中必須控制氫氣流。在此，氣流不再如在噴射液態燃料時那樣不連續地被控制，而是將氣體從至少一個高壓箱取出并且經由中壓管路系統的流入管路引導到噴射器單元上。該噴射器單元將氣體經由低壓管路系統的連接管路導向燃料電池。在氣體流過燃料電池之后，該氣體經由回流管路被引回到噴射器單元。在此，側通道壓縮機可以被連接在中間，該側通道壓縮機在流體技術和效率技術方面輔助氣體再循環。此外，側通道壓縮機被用于尤其在一定停機時間之后(冷)啟動車輛時輔助燃料電池驅動裝置中的流動建立。該側通道壓縮機的驅動通常通過電動機實現，該電動機在車輛中運行時通過車輛電池被供給電壓。

由DE 10 2007 053 016 A1已知一種用于燃料電池系統的側通道壓縮機，在該側通道壓縮機中，氣態介質被輸送和/或壓縮。側通道壓縮機具有環繞在殼體中的壓縮機輪，該壓縮機輪固定在驅動軸上并且被驅動裝置置于旋轉中。在此，壓縮機輪具有內限界環，該內限界環環繞著旋轉軸線地延伸。在該壓縮機輪上，在壓縮機室的區域中存在葉片，在這些葉片之間分別構造有輸送腔。葉片與至少一個環形地構造的、環繞著旋轉軸線的側通道共同作用。在此，葉片構造為平面的，并且葉片輪廓沿旋轉軸線的方向平坦地延伸。在壓縮機輪在殼體中旋轉時，在葉片和側通道之間形成回轉流動，由于該回轉流動實現從壓縮機輪到氣態介質中的能量導入。在此，氣態介質軸向地沿旋轉軸線的方向流入到輸送腔的內部的、面向內限界環的區域中并且沿旋轉軸線的方向軸向地又在輸送腔的外部的、背離內限界環的區域中流出。在流過葉片的輸送腔時，氣態介質經受渦旋變化，由于該渦旋變化在環繞的側通道中引起壓力升高。

由DE 10 2007 053 016 A1已知的側通道壓縮機可能具有一定缺點。在構造具有相對于流動方向成直角地布置的葉片的輸送腔時存在不利的流動條件，所述葉片尤其具有沿旋轉軸線方向延伸的平坦的輪廓。該缺點在輸送氣態介質時、尤其在氣態介質流入到輸送腔和從輸送腔流出時出現，其中，尤其借助該側通道壓縮機可實現的輸送壓力和效率低。此外，由DE10 2007 053 016 A1已知的側通道壓縮機提供以下缺點：在側通道壓縮機運行時在壓縮機輪繞著旋轉軸線在殼體中旋轉時，其中，壓縮機輪的旋轉由驅動裝置引起，在殼體表面和位于殼體中的壓縮機輪表面之間產生相對運動和相對速度。由于壓縮機輪的旋轉，位于側通道壓縮機中的介質置于運動中、被側通道壓縮機輸送和理想地壓縮。在此，靜止殼體的表面能夠引起氣態介質流動、尤其是回轉流動減速并且在殼體和氣態介質、尤其是在相對于旋轉軸線徑向地從壓縮機輪向外流動的氣態介質中出現增加的摩擦。此外，該效應被由于氣態介質質量而引起的離心力效應增強，因為在壓縮機輪旋轉時，被輸送的氣態介質由于離心力與相對于旋轉軸線軸向地流動相比越來越強地沿旋轉軸線方向被徑向地擠向外。由于氣態介質和殼體之間的、尤其相對于旋轉軸線徑向的摩擦增加，氣態介質的流速減小并且氣態介質的溫度可以由于該摩擦而升高，這又抑制優化的壓縮。此外，該效應還導致減小的輸送壓力和降低的效率。

發明內容