CN110529253A - 涡轮增压器和带有燃料电池与涡轮增压器的驱动*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及涡轮增压器和带有燃料电池与涡轮增压器的驱动***。一种涡轮增压器(1)，带有用于使第一介质膨胀的涡轮机(2)，其中，涡轮机(2)包括涡轮机壳体(4)和涡轮机转子(5)，带有利用在第一介质的膨胀期间在涡轮机(2)中提取的能量用于压缩第二介质的压缩机(3)，其中，压缩机(3)包括压缩机壳体(6)和压缩机转子(7)，其中，待膨胀或膨胀的第一介质的温度低于待压缩或压缩的第二介质的温度，并且其中，涡轮机转子(5)与压缩机转子(7)相互直接连接。

Description

涡轮增压器和带有燃料电池与涡轮增压器的驱动***
技术领域
本发明涉及一种涡轮增压器。此外，本发明涉及一种带有燃料电池与涡轮增压器的驱动***。
背景技术
涡轮增压器的基本结构为在本文所称领域的技术人员所熟知。涡轮增压器包括第一介质在其中膨胀的涡轮机。此外，涡轮增压器包括其中即利用在第一介质的膨胀期间在涡轮机中提取的能量压缩第二介质的压缩机。涡轮增压器的涡轮机包括涡轮机壳体和涡轮机转子。涡轮增压器的压缩机包括压缩机壳体和压缩机转子。在从实践已知的涡轮增压器中，在涡轮机的涡轮机壳体与压缩机的压缩机壳体之间安置有轴承壳体，其中，轴承壳体在一侧连接至涡轮机壳体，并且在另一侧连接至压缩机壳体。在轴承壳体中安装有轴，在从实践已知的涡轮增压器中，涡轮机转子经由所述轴联接至压缩机转子。
在从实践已知的其中涡轮增压器的涡轮机用于使内燃机、尤其是柴油发动机或火花点火发动机的废气膨胀的涡轮增压器中，涡轮机转子与压缩机转子经由轴的间隔和压缩机壳体与涡轮机壳体经由轴承壳体的间隔是重要的，以便尽可能防止源自于涡轮机朝着压缩机的方向的热传输。这用于避免待在压缩机中压缩的第二介质通过源自于涡轮机的热传递或热传导被加热。
发明内容
由此开始，本发明基于创造一种新型涡轮增压器和具有这样的涡轮增压器的驱动***的目的。
该目的通过根据权利要求1所述的涡轮增压器解决。
根据本发明的涡轮增压器包括用于使第一介质膨胀的涡轮机，其中，涡轮机包括涡轮机壳体和涡轮机转子。此外，根据本发明的涡轮增压器包括利用在第一介质的膨胀期间在涡轮机中提取的能量用于压缩第二介质的压缩机，其中，压缩机包括压缩机壳体和压缩机转子，其中，待膨胀或膨胀的第一介质的温度低于待压缩或压缩的第二介质的温度，并且其中，涡轮机转子与压缩机转子相互直接连接。涡轮机转子与压缩机转子在没有轴位于中间的情况下相互连接。
在根据本发明的涡轮增压器中，涡轮机用于使其温度水平低于压缩机中的温度水平的介质膨胀。本发明基于的认识是，在这样的涡轮增压器中，涡轮机转子与压缩机转子能相互直接连接，因为在这种情况下，源自于压缩机朝着涡轮机的方向的热传递或热传导对于提高压缩机的效率是优选的。在该情况下，在从实践已知的涡轮增压器中不合需要的压缩机与涡轮机之间的热耦合尤其特别有利，使得涡轮机转子与压缩机转子在没有轴位于中间的情况下有利地直接相互连接。
优先地，涡轮机是带有经受径向流入和轴向流出的涡轮机转子的径流式涡轮机，其中，压缩机是带有经受轴向流入和径向流出的压缩机转子的径流式压缩机，并且其中，涡轮机转子与压缩机转子在没有轴位于中间的情况下背靠背地安置并相互连接。在这样的带有径流式涡轮机和径流式压缩机的涡轮增压器中，它们的转子在没有轴的情况下背靠背地安置并联接，能特别有利地利用从压缩机朝着涡轮机的方向的热传递，以便实现高的压缩机效率。
优先地，侧向地安装由涡轮机转子和压缩机转子组成的单元。在第一介质的流动方向上看，在涡轮机转子下游布置有至少一个第一轴承。在第二介质的流动方向上看，在压缩机转子上游布置有至少一个第二轴承。涡轮机壳体与压缩机壳体在没有轴承壳***于中间的情况下相互连接。该实施例是特别优选的，以便确保根据本发明的涡轮增压器的紧凑设计。由于压缩机转子与涡轮机转子在没有轴位于中间的情况下背靠背地安置并相互连接，所以位于涡轮机壳体与压缩机壳体之间的轴承壳体被省略。用于安装转子的轴承侧向地安置，即不在压缩机转子与涡轮机转子之间。
在权利要求8中限定了驱动***。
附图说明
本发明的另外的优选改进从从属权利要求和以下的说明获得。本发明的示例性实施例通过附图被更详细地说明，而不限于此。示出的是：
图1是通过涡轮增压器的横截面。
具体实施方式
本发明涉及一种涡轮增压器和具有涡轮增压器的驱动***。
图1示出了通过根据本发明的涡轮增压器1的横截面，其中，涡轮增压器1包括涡轮机2和压缩机3。
在涡轮机2中，使第一介质膨胀。利用在该过程中提取的能量，以便在压缩机3中压缩第二介质。
涡轮机2包括涡轮机壳体4和涡轮机转子5。压缩机3包括压缩机壳体6和压缩机转子7。
在示出的优选示例性实施例中，涡轮机2是径流式涡轮机，压缩机3是径流式压缩机。涡轮机2的涡轮机转子5通过待膨胀的第一介质经受径向流入，其中，膨胀的第一介质从涡轮机2的涡轮机转子5轴向地流出。箭头Ⅰ使第一介质的流动方向可见，尤其地使第一介质相对于涡轮机转子5的径向流入和轴向流出可见。
径流式压缩机3的压缩机转子7通过待压缩的第二介质经受轴向流入，同时，在压缩机转子7的区域中的压缩的第二介质在径向方向上从压缩机转子7流出。箭头Ⅱ使在压缩机3的区域中的第二介质的流动方向可见，尤其地使压缩机转子7的轴向流入和压缩的第二介质从压缩机转子7的径向流出可见。
在压缩机3的区域中待压缩或压缩的第二介质具有比在涡轮机的区域中待膨胀或膨胀的第一介质高的温度水平。因此，在涡轮机2的区域中待膨胀或膨胀的第一介质的温度低于在压缩机3的区域中待压缩或压缩的第二介质的温度。
压缩机转子7与涡轮机转子5直接地、即在没有轴位于中间的情况下相互连接。在图1所示的其中涡轮机2是径流式涡轮机并且压缩机3是径流式压缩机的优选示例性实施例中，涡轮机转子5与压缩机转子7在没有轴位于中间的情况下背靠背地安置并相互连接。
通过涡轮增压器的该实施例，源自于压缩机3朝着涡轮机2的方向的热传递或热传导是可能的，其结果是能提高在压缩机3的区域中的压缩效率。
由于涡轮机转子5与压缩机转子7在没有轴的情况下相互直接连接的事实，所以在涡轮机壳体2与压缩机壳体3之间的轴承壳体被省略。由涡轮机转子5和压缩机转子7组成的优先整体的单元的安装经由轴承8、9侧向地实现，其中，在涡轮机2的区域中待膨胀的第一介质的流动方向上看，在涡轮机转子5下游布置有至少一个第一轴承8，并且其中，在压缩机3的区域中待压缩的第二介质的流动方向上看，在压缩机转子7上游布置有至少一个第二轴承9。相应第一轴承8整体形成在涡轮机壳体4中，而相应第二轴承9整体形成在压缩机壳体6中。
通过省略在涡轮机壳体2与压缩机壳体3之间的单独的轴承壳体和通过省略在涡轮机转子5与压缩机转子7之间的轴，不仅能有利地利用从压缩机3朝着涡轮机2的方向的热传递，而且还能降低涡轮增压器1的安装空间需求。涡轮增压器1具有高的效率、低的重量和紧凑的设计。根据本发明的涡轮机转子5和压缩机转子7的布置的另一优点在于，在根据实践存在的涡轮机转子5和压缩机转子7的后侧上的轮侧向空间被消除。通过这种方式，能提高效率。由于在压缩机侧和涡轮机侧上的压力状况，所以能使作用在由涡轮机转子5和压缩机转子7组成的单元上的轴向推力最小。在从实践已知的涡轮增压器中，该轴向推力不得不由轴承吸收，其中，这样的轴承导致轴承损耗。在根据本发明的涡轮增压器1中能使这样的基于轴向推力的轴承损耗最小。
根据本发明的涡轮增压器1是作为驱动单元包括燃料电池、尤其是氢氧燃料电池的驱动***的一部分。燃料电池的废气在涡轮增压器1的涡轮机2中膨胀。该废气是具有低于压缩机3中的温度水平的温度水平的水蒸气。在涡轮增压器1的压缩机3中，压缩供给至燃料电池过程的空气。如已说明的，由于涡轮增压器1的实施例，源自于压缩机3朝着涡轮机2的方向的良好的热传导是可能的。通过这种方式，能提高带有这样的涡轮增压器1和燃料电池的驱动***的压缩效率。
附图标记列表：
1 涡轮增压器
2 涡轮机
3 压缩机
4 涡轮机壳体
5 涡轮机转子
6 压缩机壳体
7 压缩机转子
8 轴承
9 轴承。

Claims (8)

1.一种涡轮增压器(1)，
带有用于使第一介质膨胀的涡轮机(2)，其中，所述涡轮机(2)包括涡轮机壳体(4)和涡轮机转子(5)，
带有利用在所述第一介质的膨胀期间在所述涡轮机(2)中提取的能量用于压缩第二介质的压缩机(3)，其中，所述压缩机(3)包括压缩机壳体(6)和压缩机转子(7)，其中，待膨胀或膨胀的所述第一介质的温度低于待压缩或压缩第二介质的温度，
其中，所述涡轮机转子(5)与所述压缩机转子(7)相互直接连接。
2.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，
所述涡轮机(2)是带有经受径向流入和轴向流出的涡轮机转子(5)的径流式涡轮机，
所述压缩机(3)是带有经受轴向流入和径向流出的压缩机转子(7)的径流式压缩机，
所述涡轮机转子(5)与所述压缩机转子(7)背靠背地安置并且相互直接连接。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器，其特征在于，所述涡轮机转子(5)与所述压缩机转子(7)在没有轴位于中间的情况下相互直接连接。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的涡轮增压器，其特征在于，侧向地安装由所述涡轮机转子(5)和所述压缩机转子(7)组成的单元。
5.根据权利要求4所述的涡轮增压器，其特征在于，
在所述第一介质的流动方向上看，在所述涡轮机转子(5)下游布置有至少一个第一轴承(8)，
在所述第二介质的流动方向上看，在所述压缩机转子(7)上游布置有至少一个第二轴承(9)。
6.根据权利要求5所述的涡轮增压器，其特征在于，
相应的第一轴承(8)整体形成在所述涡轮机壳体(4)中，
相应的第二轴承(9)整体形成在所述压缩机壳体(6)。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的涡轮增压器，其特征在于，所述涡轮机壳体(4)与所述压缩机壳体(6)在没有轴承壳***于中间的情况下相互连接。
8.一种驱动***，具有
燃料电池，
根据权利要求1至7中的任一项所述的涡轮增压器(1)，其中，所述涡轮增压器的涡轮机(2)使作为第一介质的燃料电池的废气膨胀。
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