1.本发明涉及一种用于涡轮压缩器的轴的轴承组件，所述涡轮压缩器可以是燃料电池堆的阴极电路的部件。
背景技术：2.氢基燃料电池视为未来移动方案的基础，因为其仅排放水并且能够实现快速的充注时间。例如，pem燃料电池(英文pem：“proton-exchange-membrane”，即质子交换膜)可以借助燃料电池的阴极供应具有氧气的空气作为氧化剂和燃料电池的阳极供应氢气作为燃料来运行，以便以高效率提供电能。
3.这种燃料电池通常堆叠地作为燃料电池系统中的燃料电池堆来运行。借助涡轮压缩器压缩供应给燃料电池堆的阴极的空气。
4.这种涡轮压缩器的驱动轴的支承或者以滚动轴承实现，其具有高摩擦和相应地低的使用寿命的缺点，或者以流体动力的空气轴承实现，该空气轴承由于所需的高精度而费事地制造。两种变型还具有在轴承和/或电机中产生的热量难以导出的缺点。
技术实现要素：5.根据一个方面，根据独立权利要求的特征提出一种用于涡轮压缩器的轴的轴承组件、轴承组件的使用、涡轮压缩器和燃料电池堆的阴极回路，它们至少部分地解决所描述的任务。有利的构型是从属权利要求和以下说明的内容。
6.根据一个方面提出一种用于涡轮压缩器的轴的轴承组件，其具有至少一个水液压轴承，该水液压轴承设置为用于可旋转地支承涡轮压缩器的轴，其中，水液压轴承在轴的圆周上围绕该轴，以便在它们之间形成轴承间隙。在此，水液压轴承设置为用于允许水流过轴承间隙，以便水液压地支承轴。轴承组件具有两个密封件，其设置为用于将轴承间隙相对于轴密封，并且这两个密封件在轴承间隙外加载以涡轮压缩器的气体，用于密封轴承。
7.这种涡轮压缩器通常具有两个涡轮机，它们与一个共同的轴机械地固定连接并且可以具有两个这样的轴承组件。
8.由于水相对于空气的更高粘度，这种轴承组件中的这种水液压轴承的轴承精度明显降低，并且在尺寸相似的情况下轴承的承载能力明显提高。
9.由这种结构引起地，在轴承中产生的热量可以借助水导出，并且水也可以用于导出电机的热量。特别有利的是，布置在燃料电池堆系统中的涡轮压缩器可以容易地提供用于水液压轴承所需的水，例如通过从燃料电池堆流出的空气流的冷凝。
10.通过对各个密封件外部加载以涡轮压缩器的气体，可以实现轴承组件的更大密封性。在此，该气体有利地在这样的系统中自动地可供使用。
11.根据一个方面提出，各个密封件具有两个密封元件，其与轴承和轴形成空腔；并且其中，轴承在所述两个密封元件之间具有开口，以便将空腔与水箱流体连接。
12.由此可以实现，从轴承间隙通过邻接于轴承间隙的密封元件的水也可以在涡轮压
缩器的气体的辅助下通过开口导出，由此，轴承具有更高的密封性。这附加地通过涡轮压缩器的气体辅助，该气体作用在关于轴承间隙更靠外部的密封元件上。换言之，涡轮压缩器的压缩空气存在于相应地位于外部的密封元件的外侧上，使得空气作为阻塞介质通过位于外部的密封元件流到密封件之间的空腔中。该空腔连接到处于明显更低的压力水平的箱上。以这种方式确保没有水进入到驱动机的工作气隙的区域中。
13.根据一个方面提出，在两个密封件外部分别布置有与各个密封件具有中间空间的气体密封装置，该气体密封装置设置为用于将轴承间隙相对于轴密封，并且水液压轴承设置为用于借助中间空间对各个密封件在密封轴承间隙外加载以涡轮压缩器的气体。
14.借助这种关于轴承间隙布置在密封件外的气体密封装置，可以特别有效地对各个密封件加载以涡轮压缩器的气体并且必要时建立气体压力。
15.根据一个方面提出，轴承间隙设置为用于与水箱流体连接，以便为轴承间隙提供水。
16.通过轴承间隙中的这些水，能够可旋转地支承具有水液压轴承的轴承组件的轴承。
17.根据一个方面提出，水箱具有泵，以便将水从水箱泵送到轴承间隙中。
18.如果水液压轴承实施为静压轴承，则这种泵在轴承间隙中建立必要的压力。对于流体动力轴承可以使用这样的泵，例如用于涡轮压缩器的低磨损地启动，因为借助该泵可以提供初始压力。
19.根据一个方面提出，水液压轴承是流体动力轴承并且设置为对于轴承间隙自己吸入水。
20.有利地，流体动力轴承不需要任何从外部施加的水压，因为其可以自主地从箱中吸入水。在此，在流体动力轴承的情况下，轴承的几何形状尤其关于偏心度进行适配。
21.根据一个方面提出，从轴承组件流出的水被用于加湿空气，该空气借助涡轮压缩器供应给燃料电池系统的阴极。因此，水在流过轴承组件的水动力轴承和/或必要时也流过涡轮压缩器的冷却水回路之后，可以将水又供应至燃料电池系统。
22.根据一个方面提出，从轴承组件中流出的水被用于冷却燃料电池系统的部件。
23.因为除涡轮压缩器外，燃料电池系统的其他部件，例如电子部件的热量也必须导出，所以水也可以用于此目的。
24.根据一方面提出，用于流体动力轴承的水包括燃料电池系统的冷凝水。这有利地意味着水不必被携带，而是在燃料电池的运行中产生，以便例如可供用于冷却目的。为此，这种燃料电池系统可以设置水分离器，尤其在燃料电池堆的阴极侧的输出端处，其中，水分离器的分离出的水然后可以被供应至水箱。
25.提出了使用上述轴承组件中的一个轴承组件，用于支承涡轮压缩器的轴，其中，涡轮压缩器是燃料电池系统的部件。因为在如上所述的这种燃料电池系统中在运行期间产生水，所以在这里可以特别有利地使用如此支承的涡轮压缩器。
26.提出了一种具有上述轴承组件的涡轮压缩器，其中，涡轮压缩器具有液体冷却回路，并且流入和/或流出轴承间隙的水被引导通过液体冷却回路，以便导出涡轮压缩器的电机的热量。
27.用于液压轴承所需的水可以在到轴承部位的路径上被引导通过电动机的高热负
载的构件并且冷却这些构件。驱动电机位于轴承部位之间，驱动电机的构件必须被冷却。用于液压轴承所需的水可以在到轴承部位的路径上被引导通过电动机的高热负载的构件并冷却这些构件。
28.提出了一种具有上述涡轮压缩器和用于加湿阴极空气的加湿器的燃料电池堆的阴极回路，其中，阴极回路设置为用于将从轴承组件流出的水供应给加湿器。涡轮压缩器的压缩机所输送的空气质量流必须被加湿和冷却。从水液压轴承中流出的水也可以承担该任务。
29.供应给燃料电池堆的阴极侧的阴极气体具有用于燃料电池堆中的燃料电池的电催化反应的氧化剂，其中，氧化剂尤其可以具有氧气或空气。
30.水分离器可以设置为用于不但从阴极气体中分离出液滴状的水，而且可以用于冷凝气态水。尤其，水分离器也可以实施为冷凝器或由水分离器和冷凝器的组合。因此，术语“水分离器”不但包括术语“水分离器”本身而且包括术语“冷凝器”。
31.借助这样实施的水分离器，可以分离在不同运行点中运行的燃料电池堆的产物水。尤其，当流出的阴极气体没有被水饱和、完全饱和时，并且当其附加地包含水滴，例如呈雾或已经在系统的其它部位上冷凝的水形式时，该水可以被分离。在此，这种水分离器可以具有旋风分离器和/或冷凝器。
32.换言之，水分离器设置为用于接收来自燃料电池堆的电极室的气流，并且在引导气流通过水分离器时将水从气流分离，其中，气流携带来自燃料电池堆的电极室中的产物水。
33.因此，如上所述，在燃料电池堆运行期间大量聚积的产物水可以用于其它目的。
34.根据一个方面提出，移动平台具有涡轮压缩器，该涡轮压缩器具有如上所述的轴承组件。
35.移动平台可以是至少部分自动化的移动系统和/或驾驶员辅助系统。一个示例可以是至少部分自动化的车辆或具有驾驶员辅助系统的车辆。即在该背景下，至少部分自动化的系统在至少部分自动化的功能性方面包括移动平台，但移动平台还包括含有驾驶员辅助系统的车辆和其它移动机器。这些系统中的每一个都可以是完全或部分自主的系统。
附图说明
36.在下面根据图1和2更详细地阐述本发明的实施例。在此示出：
37.图1涡轮压缩器；和
38.图2用于涡轮压缩器的轴承组件；
具体实施方式
39.图1示出了系统100，其具有包括水液压轴承120的涡轮压缩器、燃料电池堆140的阴极侧和水箱130。涡轮压缩器具有液体冷却回路122，流入和/或流出轴承间隙的水可以被供应至所述液体冷却回路。用于导出涡轮压缩器的电机的热量。
40.燃料电池堆140的阴极侧在其输入连接端处通过涡轮压缩器的压缩机级112供给空气142，并且在燃料电池堆140的阴极侧的输出连接端处，空气质量流144可以通过涡轮压缩器的涡轮114回收能量，因为两个涡轮机布置在一个共同的轴118上。
41.涡轮压缩器的共同的轴118借助两个水液压轴承120支承。驱动电机110布置在所述轴承之间，驱动电机的部件在运行中产生热量，该热量必须被导出。
42.来自水箱130的水可以借助泵132经由流体贯通的连接管路134供应给水液压轴承120。在静压的水液压轴承120的情况下，借助该泵132在圆周上围绕轴的轴承的轴承间隙中建立压力，使得可旋转地支承涡轮压缩器的轴118。
43.流入到轴承120中的水流经轴承并且流过液体冷却回路122，涡轮压缩器具有用于冷却的液体冷却回路122，并且可用于借助供应部124供应输送至燃料电池堆的阴极侧140的空气。在此，该供应部124可以将水提供给加湿器，该加湿器布置在用于燃料电池堆的阴极侧41的空气供应部中。涡轮压缩器的液体冷却回路的通道也可以布置在轴承组件的压力侧上。可从水箱130取出的、用于水液压轴承的水可以具有来自燃料电池堆140的阴极侧的流出连接端的空气质量流144的冷凝水。为此，冷凝器可以布置在该空气质量流144中并且该冷凝水可以经由流体贯通的管路136被引导到水箱130中。
44.图2示出系统200中的轴承组件120的细节，除轴承组件120外，系统200还具有涡轮压缩器的轴118和水箱130。
45.在此，水箱130的水借助流体可通过的连接管路134被引导到轴承间隙156中，以便在那里或者通过旋转的轴118(在流体动力轴承的情况下)或者借助布置在连接管路134中的泵132建立对于支承涡轮压缩器的轴118所需的压力。引导通过轴承间隙156的这种水可以经由连接管路122如上所述地或者供应给阴极空气流142和/或供应给涡轮压缩器的液体冷却回路122，所述连接管路与轴承间隙156的区域中的轴承开口连接。
46.轴承间隙156借助两个密封件密封，所述密封件分别具有两个密封元件152、154。在此，相应地位于更外部的密封元件154被加载以涡轮压缩器的气体，以便密封轴承。
47.在两个密封元件152、154之间设置有开口，这两个密封元件彼此间具有间距，以便与轴118形成空腔，所述开口将任何进入到该空腔中的水借助流体可通过的连接装置158引导到水箱130中。因为相应密封件的位于外部的密封元件154即加载以涡轮压缩器的气体，所以通过位于更内部的密封元件152的水通过两个密封元件152、154之间的空腔的开口被引导到水箱130中。这导致轴承组件的特别良好的密封，这是特别重要的，使得水液压轴承的水不进入到涡轮中，以避免液滴冲击。
技术特征：1.一种用于涡轮压缩器的轴(118)的轴承组件(200)，具有：至少一个水液压轴承(120)，该水液压轴承设置为用于可旋转地支承所述涡轮压缩器的轴(118)，其中，所述水液压轴承(120)在所述轴(118)的圆周上围绕该轴(118)，以便在所述水液压轴承和所述轴之间形成轴承间隙(156)；并且其中，所述水液压轴承(120)设置为用于使水流过所述轴承间隙(156)，以便水液压地支承所述轴(118)；和两个密封件，这两个密封件设置为用于将所述轴承间隙(156)相对于所述轴(118)密封；并且其中，所述两个密封件在所述轴承间隙(156)外加载以所述涡轮压缩器的气体，用于密封轴承(120)。2.根据权利要求1所述的轴承组件(200)，其中，各个密封件具有两个密封元件(152、154)，所述密封元件与所述轴承(118)和所述轴(118)形成空腔；并且其中，所述轴承(120)在所述两个密封元件(152、154)之间具有开口，以便将所述空腔与水箱(130)流体连接。3.根据前述权利要求中任一项所述的轴承组件(200)，其中，在所述两个密封件外布置有相对于各个密封件具有中间空间的相应的气体密封装置，所述气体密封装置设置为用于将所述轴承间隙(156)相对于所述轴(118)密封，并且所述水液压轴承(120)设置为用于借助所述中间空间对各个密封件在所述轴承间隙(156)外加载以所述涡轮压缩器的气体。4.根据前述权利要求中任一项所述的轴承组件(200)，其中，所述轴承间隙(156)设置为用于与水箱(130)流体连接，以便为所述轴承间隙(156)提供水。5.根据权利要求4所述的轴承组件(200)，其中，所述水箱(130)包括泵(132)，以便将水从所述水箱(130)泵送到所述轴承间隙(156)中。6.根据前述权利要求中任一项所述的轴承组件(200)，其中，所述水液压轴承(120)是流体动力轴承，并且设置为对于所述轴承间隙(156)自己吸入水。7.根据前述权利要求中任一项所述的轴承组件(200)，其中，从所述轴承组件(200)流出的水被用于加湿借助所述涡轮压缩器供应给燃料电池系统的阴极的空气。8.根据前述权利要求中任一项所述的轴承组件(200)，其中，从所述轴承组件(200)流出的水被用于冷却燃料电池系统的部件。9.根据前述权利要求中任一项所述的轴承组件(200)，其中，用于所述流体动力轴承的水包括燃料电池系统的冷凝水。10.一种根据前述权利要求中任一项所述的轴承组件(200)的应用，所述轴承组件用于支承涡轮压缩器的轴(118)，所述涡轮压缩器是燃料电池系统的部件。11.一种涡轮压缩器，具有根据权利要求1至9所述的轴承组件(200)，其中，所述涡轮压缩器具有液体冷却回路(122)，并且流入和/或流出所述轴承间隙(156)的水被引导通过所述液体冷却回路(122)，以便导出所述涡轮压缩器的电机的热量。12.一种燃料电池堆的阴极回路，具有根据权利要求11所述的涡轮压缩器以及用于对阴极空气进行加湿的加湿器，其中，所述阴极回路设置为用于将从所述轴承组件(200)流出的水供应给所述加湿器。
技术总结本发明涉及一种用于涡轮压缩器的轴的轴承组件，具有至少一个水液压轴承，该水液压轴承设置为用于可旋转地支承所述涡轮压缩器的轴，其中，所述水液压轴承在所述轴圆周上围绕该轴，以便在所述水液压轴承和所述轴之间形成轴承间隙；并且其中，所述水液压轴承设置为用于使水流过所述轴承间隙，以便水液压地支承所述轴；和两个密封件，这两个密封件设置为用于将所述轴承间隙相对于所述轴密封；并且其中，所述两个密封件在所述轴承间隙外加载以所述涡轮压缩器的气体，用于密封轴承。用于密封轴承。用于密封轴承。
技术研发人员：J
受保护的技术使用者：罗伯特
技术研发日：2021.03.09
技术公布日：2022/11/1
