Система центробежного нагнетателя и топливный элемент, включающий в себя такую систему



Система центробежного нагнетателя и топливный элемент, включающий в себя такую систему
Система центробежного нагнетателя и топливный элемент, включающий в себя такую систему
Система центробежного нагнетателя и топливный элемент, включающий в себя такую систему
Система центробежного нагнетателя и топливный элемент, включающий в себя такую систему
Система центробежного нагнетателя и топливный элемент, включающий в себя такую систему
Система центробежного нагнетателя и топливный элемент, включающий в себя такую систему
Система центробежного нагнетателя и топливный элемент, включающий в себя такую систему
Система центробежного нагнетателя и топливный элемент, включающий в себя такую систему
Система центробежного нагнетателя и топливный элемент, включающий в себя такую систему
Система центробежного нагнетателя и топливный элемент, включающий в себя такую систему
Система центробежного нагнетателя и топливный элемент, включающий в себя такую систему
Система центробежного нагнетателя и топливный элемент, включающий в себя такую систему
Система центробежного нагнетателя и топливный элемент, включающий в себя такую систему
Система центробежного нагнетателя и топливный элемент, включающий в себя такую систему
Система центробежного нагнетателя и топливный элемент, включающий в себя такую систему
Система центробежного нагнетателя и топливный элемент, включающий в себя такую систему
Система центробежного нагнетателя и топливный элемент, включающий в себя такую систему
Система центробежного нагнетателя и топливный элемент, включающий в себя такую систему
Система центробежного нагнетателя и топливный элемент, включающий в себя такую систему
Система центробежного нагнетателя и топливный элемент, включающий в себя такую систему
Система центробежного нагнетателя и топливный элемент, включающий в себя такую систему
Система центробежного нагнетателя и топливный элемент, включающий в себя такую систему
Система центробежного нагнетателя и топливный элемент, включающий в себя такую систему
Система центробежного нагнетателя и топливный элемент, включающий в себя такую систему
Система центробежного нагнетателя и топливный элемент, включающий в себя такую систему
Система центробежного нагнетателя и топливный элемент, включающий в себя такую систему
Система центробежного нагнетателя и топливный элемент, включающий в себя такую систему
Система центробежного нагнетателя и топливный элемент, включающий в себя такую систему
Система центробежного нагнетателя и топливный элемент, включающий в себя такую систему
Система центробежного нагнетателя и топливный элемент, включающий в себя такую систему
Система центробежного нагнетателя и топливный элемент, включающий в себя такую систему
Система центробежного нагнетателя и топливный элемент, включающий в себя такую систему

 


Владельцы патента RU 2567485:

ВАТТ ФЬЮЭЛ СЕЛЛ КОРП. (US)

Предложена система центробежного нагнетателя, включающая в себя: последовательность блоков нагнетателей, причем каждый блок нагнетателя в последовательности содержит кожух, имеющий аксиальное входное отверстие и радиальное выходное отверстие, крыльчатку, расположенную внутри кожуха, для засасывания газообразной среды при первом давлении во входное отверстие и выталкивание газообразной среды при втором, более высоком давлении через выходное отверстие, и двигатель для приведения в действие крыльчатки, и трубопровод, соединяющий выходное отверстие, по меньшей мере одного блока нагнетателя в последовательности с входным отверстием по меньшей мере одного другого блока нагнетателя в последовательности. Изобретение направлено на повышение производительности центробежного нагнетателя. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 табл., 32 ил.

 

Область и уровень техники

Настоящее изобретение относится к центробежным нагнетателям и к содержащим их топливным элементам.

Центробежные нагнетатели или центробежные вентиляторы являются хорошо известным типом устройства для создания потока или перемещения газообразной среды. Общеизвестный тип центробежного нагнетателя включает в себя корпус, имеющий входное газовое отверстие в осевом направлении и выходное газовое отверстие в радиальном направлении, крыльчатку, расположенную внутри корпуса для засасывания газа при первом давлении во входное отверстие и вытеснения газа при втором более высоком давлении через выходное отверстие, а также двигатель для приведения в действие, то есть вращения, крыльчатки. Разновидности этого общего типа центробежного нагнетателя раскрыты, например, в патентах США №№ 4917572, 5839879, 6877,954, 7061758, 7351031, 7887290, 7891942, а также в заявке на патент США № 2006/0051203, содержание которых полностью включено сюда посредством ссылки.

Центробежные нагнетатели в едином блоке и многочисленные конфигурации независимого блока были раскрыты в качестве составных частей систем охлаждения компьютеров, серверов и других вырабатывающих тепло электрических и электронных устройств и оборудования. См., например, патенты США №№ 6525935, 7184265, 7802617, 7864525, 7885068, 7948750, 7902617 и 7885068, содержание которых полностью включено сюда посредством ссылки.

Центробежные нагнетатели общего типа, о которых речь идет выше, были описаны как составные части топливных элементов типа полиэлектролитной мембраны (ПЭМ) и типа твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ), где они функционируют с одной или более возможностями, например, создавая поток содержащего окислитель газа, такого как воздух, к катодным элементам узла топливного элемента и/или поток газообразного или испаряемого топлива к его анодным элементам, повторно направляя неизрасходованное топливо к анодным элементам узла топливного элемента, создавая поток холодного воздуха для охлаждения узла топливного элемента или создавая поток горячего газа для испарения жидкого топлива до внешнего или внутреннего преобразования топлива, чтобы обеспечить водород для работы устройства топливного элемента. Узлы топливный элемент/нагнетатель, имеющие один или более центробежных нагнетателей, описаны, например, в патентах США №№ 6497971, 6830842, 7314679 и 7943260, содержание которых полностью включено сюда посредством ссылки.

Сущность изобретения

В соответствии с настоящим изобретением создана система центробежного нагнетателя, содержащая:

а) последовательность блоков нагнетателей, причем каждый блок нагнетателя в последовательности содержит кожух с аксиальным входным отверстием и радиальным выходным отверстием, крыльчаткой, расположенной внутри кожуха, для засасывания газообразной среды при первом давлении во входное отверстие и выталкивания газообразной среды при втором более высоком давлении через выходное отверстие, а также двигатель для приведения в действие крыльчатки; и

b) трубопровод, соединяющий выходное отверстие по меньшей мере одного блока нагнетателя в последовательности с входным отверстием по меньшей мере с одним другим блоком нагнетателя в последовательности.

Далее в соответствии с настоящим изобретением создан топливный элемент, содержащий:

а) узел топливного элемента, содержащий множество отдельных топливных элементов, причем каждый топливный элемент имеет электролитную среду, катод и анод; и

b) по меньшей мере одну систему центробежного нагнетателя, описанного ранее, для создания потока газообразной среды к узлу топливного элемента.

Система многочисленных центробежных нагнетателей в данном случае обеспечивает несколько преимуществ по сравнению с единичным центробежным нагнетателем, в частности, будучи встроенной в топливный элемент для управления в нем потоком газообразной среды.

Единичные центробежные нагнетатели требуют контроля всего диапазона оборотов в минуту двигателя, для того чтобы соответствовать требованиям изменяющегося газового потока. В зависимости от требований давления и потока для конкретного применения нагнетателя оптимальные эксплуатационные качества нагнетателя могут быть достигнуты путем использования крыльчатки относительно малого размера, приводимой в действие при относительно высоких оборотах в минуту, например 20000 об/мин и выше, или крыльчатки относительно большого размера, приводимой в действие при относительно низких оборотах в минуту, например, ниже 20000 об/мин и, как правило, ниже 10000. Первая компоновка, то есть использование относительно малой крыльчатки, приводимой в действие при относительно высоких оборотах в минуту, требует более мощного и специализированного двигателя, который при необходимости будет вырабатывать соответственно большее количество энергии для его работы. Для второй компоновки, то есть использования относительно большой крыльчатки, приводимой в действие при относительно низких оборотах в минуту, делает управление и более тонкую регулировку мощности нагнетателя более трудными, что обусловлено большей инерцией большой крыльчатки.

Для того, чтобы предотвратить перерегулирование целевого давления и газового потока, нагнетатель, в котором используют крыльчатку с относительно большой инерцией, должен быть апериодически демпфирован при регулировке нагнетателя для заданного диапазона давления газа и мощности потока. Действие такого апериодического демпфирования для компенсации относительно высокой инерции крыльчатки заключается в том, чтобы замедлить нагнетатель в ответ на изменение и часто быстрое изменение требований газового потока. Этот характерно медленный ответ единичного центробежного нагнетателя, обладающего крыльчаткой с относительно большой инерцией, требует более сложной системы управления для быстрого реагирования на колебания по требованию газового потока.

Использование системы многочисленных нагнетателей согласно изобретению для соответствия требованиям газового потока топливного элемента позволяет системе обеспечить положительный эффект как от крыльчаток с малой инерцией для управления, так и от низких оборотов двигателя привода и приводной мощности, чтобы обеспечить требуемые газовый поток и давление. Контроль одного или более блоков нагнетателей в системе, чтобы обеспечить основную часть целевого давления газа и газового потока, например 60-90% целевого давления газа и потока газа, позволяет обеспечить оставшуюся часть целевого давления газа и потока газа другим одним или более блоками нагнетателями в системе. Результат разделения задачи обеспечения целевых газовых потоков и давлений по меньшей мере между двумя интегрированными, то есть соединенными между собой, центробежными нагнетателями в соответствии с изобретением приводит в результате к тому, что такие потоки и давления достигаются за меньший период времени и с более высокой точностью, чем это возможно с единичным блоком центробежного нагнетателя. Кроме того, уровни приводной мощности и шума являются низкими в системе нагнетателя согласно изобретению, поскольку крыльчатки нагнетателя не требуют для своей работы высокого числа оборотов в минуту.

Таким образом, в своей интегрированной, или соединенной между собой, компоновке многочисленных центробежных нагнетателей, обладающих меньшими силами инерции, чем единичный центробежный нагнетатель со сравнимой мощностью газового потока, система центробежных нагнетателей в данном случае обеспечивает улучшенное время реагирования и управление по широкому диапазону требований газового давления и газового потока, чем в единичном блоке центробежного нагнетателя.

Эти и другие новые признаки и преимущества этого изобретения станут более очевидными из следующего подробного описания и сопровождающих чертежей.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1А проиллюстрирован соответственно вид в перспективе системы из двух нагнетателей согласно изобретению в конфигурации газового потока под углом 0° с вырезанной секцией трубопровода, чтобы показать участок входного отверстия и крыльчатки блока второго нагнетателя.

На фиг. 1В проиллюстрирован вид сверху системы двух нагнетателей с фиг. 1А.

На фиг. 2А и 2В проиллюстрированы, соответственно, вид в перспективе и вид сверху системы двух нагнетателей согласно изобретению в конфигурации газового потока под углом 90°.

На фиг. 3А и 3В проиллюстрированы, соответственно, вид в перспективе и вид сверху системы двух нагнетателей согласно изобретению в конфигурации газового потока под углом 180°.

На фиг. 4А и 4В проиллюстрированы, соответственно, вид в перспективе и вид сверху системы двух нагнетателей согласно изобретению в конфигурации газовых потоков под углом 270°.

Фиг. 5А, 5В, 5С и 5D представляют собой внешние виды сбоку систем двух нагнетателей согласно изобретению с углом наклона в продольном направлении выходного отверстия первого блока нагнетателя относительно входного отверстия второго блока нагнетателя соответственно 0°, 30°, 60° и 90°.

На фиг. 6А, 6В и 6С проиллюстрированы соответственно вид в перспективе, вид сверху и вид сбоку системы трех нагнетателей согласно изобретению, в которой выходные потоки первого и/или второго блоков нагнетателей вводятся во входное отверстие третьего блока нагнетателя.

На фиг. 7А, 7В и 7С проиллюстрированы, соответственно, вид в перспективе, вид сверху и вид сбоку системы трех нагнетателей согласно изобретению, в которой выходной поток первого блока нагнетателя вводится во входное отверстие второго и/или третьего блока нагнетателя.

Фиг. 8 представляет собой вид в перспективе системы трех нагнетателей в соответствии с изобретением, в которой выходной поток первого блока нагнетателя вводится во входное отверстие второго блока нагнетателя и выходной поток второго блока нагнетателя вводится во входное отверстие третьего блока нагнетателя.

Фиг. 9 представляет собой вид в перспективе системы двух нагнетателей в соответствии с изобретением, в которой первый блок нагнетателя имеет крыльчатку большую, чем крыльчатка второго блока нагнетателя.

Фиг. 10 представляет собой вид в перспективе системы двух нагнетателей в соответствии с изобретением, в которой блоки нагнетателей отделены друг от друга.

Фиг. 11А представляет собой схематичную иллюстрацию системы управления нагнетателем для системы двух нагнетателей в соответствии с изобретением.

Фиг. 11В представляет собой логическую схему управления для системы управления двумя нагнетателями с фиг. 10А.

Фиг. 12 представляет собой графическое сравнение типичных характерных кривых соответственно системы двух нагнетателей в соответствии с изобретением и системы единичного нагнетателя со сравнимой мощностью газового потока.

Фиг. 13А и 13В представляют собой графические представления скорости потока и данные по давлению для систем с двумя нагнетателями согласно изобретению с углами наклона в продольном направлении, соответственно, в 0°, 30° и 60°.

На фиг. 14А и 14В проиллюстрированы, соответственно, вид в перспективе и виды сверху трубчатого узла ТОТЭ, с системами двух отдельных нагнетателей согласно изобретению для подачи, соответственно, потока воздуха и топлива к узлу.

Фиг. 14С представляет собой схематичную иллюстрацию поперечного сечения отдельного трубчатого топливного элемента в трубчатом узле ТОТЭ с фиг. 12А и 12В.

На фиг. 15А и 15В проиллюстрированы, соответственно, виды в перспективе и виды сверху узла планарного ТОТЭ с системами двух отдельных нагнетателей согласно изобретению для подачи, соответственно, потока воздуха и топлива к узлу; и

фиг. 15С представляет собой схематичную иллюстрацию поперечного сечения отдельного планарного топливного элемента в узле планарного ТОТЭ по фиг. 13А и 13В.

Подробное описание изобретения

Как показано на фиг. 1А и 1В, в одном варианте осуществления системы центробежного нагнетателя система 10 двух центробежных нагнетателей включает в себя первый блок 11 центробежного нагнетателя, соединенный со вторым блоком 12 центробежного нагнетателя через трубопровод 13. Первый блок 11 нагнетателя включает в себя кожух 14, имеющий аксиальное входное отверстие 15 и радиальное выходное отверстие 16, крыльчатку 17, расположенную внутри кожуха 14 для засасывания газообразной среды при первом давлении в аксиальное входное отверстие 15 и выталкивание газообразной среды при втором более высоком давлении через радиальное выходное отверстие 16, и электрический двигатель 18 для приведения в действие крыльчатки 17. Второй блок 12 нагнетателя включает в себя кожух 19 и, как показано с помощью вырезанной секции трубопровода 13 на фиг. 1А, крыльчатку 20, расположенную внутри кожуха 19 и приводимую в действие с помощью электрического двигателя 21, и аксиальное входное отверстие 22 для приема газовой среды, выгружаемой из выходного отверстия 16 первого блока 11 нагнетателя. Второй блок нагнетателя дополнительно включает в себя радиальное выходное отверстие 23 и корпус 24 для выходного газового потока.

Стрелки на фиг. 1А и 1В и в других вариантах осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированных здесь на других чертежах, указывают основное направление газового потока через радиальное выходное отверстие каждого блока нагнетателя в последовательности нагнетателей, составляющих систему нагнетателей. Как показано, например, на фиг. 1А, траектория газового потока, выталкиваемого через выходное отверстие 16 первого блока 11 нагнетателей, и траектория газового потока, выталкиваемого через выходное отверстие 23 второго блока 12 нагнетателей, непараллельны своим соответствующим выходным отверстиям, но располагаются под некоторым углом к ним. Размещая геометрию трубопровода 13 для принятия газового потока, выгружаемого через выходное отверстие 16, таким образом, что поток остается приблизительно параллельным к внутренним стенкам трубопровода, можно предотвратить или сократить турбулентность, которая в противном случае будет возникать, где поток ударяется об эти стенки. Турбулентность предпочтительно минимизируют или устраняют с тем, чтобы сократить или устранить ее как источник противодавления в системе нагнетателей. По этой причине является предпочтительным разместить угол корпуса 24 для газового потока таким образом, что его внутренние стенки будут примерно параллельны траектории газового потока, выгружаемого через входное отверстие 23 второго блока 12 нагнетателей. Оптимальная геометрия внутренних стенок трубопровода 13 относительно траектории газового потока и угол смещения корпуса 24 для газового потока могут быть легко определены для заданной системы нагнетателя газа, применяя обычное экспериментирование. В системе нагнетателя газа, показанной на фиг. 1А и 1В, внутренние, или направляющие, поверхности трубопровода 13 и внутренние, или направляющие, поверхности корпуса 24 для газового потока могут быть направлены под углом α, составляющим от 12°до 20°, и предпочтительно от 14° до 18° по отношению к выходным отверстиям 16 и 21.

Варианты осуществления систем двух нагнетателей с фиг. 2А, 2В, 3А, 3В, 4А и 4В по конструкции подобны системе двух нагнетателей, проиллюстрированной на фиг. 1А и 1В, за исключением ориентации выходного отверстия второго блока 12 нагнетателей относительно выходного отверстия первого блока 11 нагнетателей. В системе нагнетателей с фиг. 1А и 1В угол ориентации составляет около 0°. В системе нагнетателей с фиг. 2А и 2В этот угол составляет около 90°, в системе нагнетателей с фиг. 3А и 3D угол составляет около 180°, а в системах нагнетателей с фиг. 4А и 4В угол составляет около 270°. Ориентацию всех углов, конечно же, выполняют с оптимальным углом ориентации для данной системы центробежного нагнетателя, которая изготовлена, чтобы зависеть от конкретного использования, для которого предназначена система нагнетателя.

Другим углом, имеющим значение в системе центробежного нагнетателя согласно изобретению, является угол наклона выходного отверстия первого нагнетателя относительно входного отверстия второго нагнетателя. В вариантах осуществления систем нагнетателей, проиллюстрированных на фиг. 5А-5D, на фиг. 5А приблизительный угол составляет 0°, на фиг. 5В угол составляет 30°, на фиг. 5С угол составляет 60° и на фиг. 5D угол составляет 90°. Поскольку в случае углов ориентации блока нагнетателей, о которых шла речь, эти углы наклона нагнетателей могут принимать значения по всему диапазону от 0° до 180°, снова с оптимальным значением наклона данной системы нагнетателей в зависимости от требований применения.

На сегодняшний день системы двух центробежных нагнетателей были описаны с выходным потоком первого нагнетателя, вводимым во входное отверстие второго нагнетателя, при этом каждый из нагнетателей имеет примерно один и тот же диапазон давления газа и мощности выходного потока газа. Базовая конфигурация систем двух нагнетателей может быть представлена как «1 в 2», означая, что газ, выгружаемый из первого нагнетателя, вводится во входное отверстие второго нагнетателя. Однако, как может быть легко понятно для специалистов в данной области техники, многочисленные другие компоновки находятся в пределах объема данного изобретения.

Другие варианты осуществления системы центробежного нагнетателя здесь включают в себя системы с тремя, четырьмя и даже большим числом блоков нагнетателей, такие, в которых выгрузка из двух или более нагнетателей вводится во входное отверстие единичного нагнетателя, и такие, в которых выгрузка единичного нагнетателя вводится во входные отверстия двух или более нагнетателей. Системы нагнетателей вышеописанного типа могут быть обозначены, например, «1 в 2 в 3» и т. д., где поток выгружаемого газа предшествующего блока нагнетателя направляется во входное отверстие следующего в последовательности блока нагнетателей, «1 и 2 в 3» и т. д., где выгружаемые потоки первого и второго блоков нагнетателей, как правило, направляются во входное отверстие третьего блока нагнетателя, и «1 в 2 и 3», где выгружаемый поток из первого блока нагнетателя направляется во второй и третий блоки нагнетателей. В системах нагнетателей, в которых поток газа одного нагнетателя объединяется с потоком газа другого нагнетателя или поток единичного нагнетателя разделяется на два отдельных потока, может быть выполнена клапанная система, чтобы регулировать в этих системах различные газовые потоки.

В системе 60 центробежного нагнетателя, проиллюстрированной на фиг. 6А, 6В и 6С, газ, выгружаемый из каждого блока 61 и 62 нагнетателя, вводится через трубопровод 63 во входное отверстие блока 64 нагнетателя. Система 60 центробежного нагнетателя поэтому является примером конфигурации «1 и 2 в 3», описанной выше. Эта конфигурация позволяет достичь управления, посредством которого мощность газового потока, единичного относительно большого нагнетателя, достигается с помощью характеристики быстрого реагирования нескольких более маленьких нагнетателей.

На фиг. 7А, 7В и 7С показана система 70 центробежного нагнетателя, в которой выходной поток единичного блока 70 нагнетателя вводится в блоки 72 и 73 нагнетателей через общий трубопровод 74, пример «1 в 2 и 3» компоновки блоков нагнетателя. Эта конфигурация блоков нагнетателей позволяет использовать единичный нагнетатель первичного давления газа и подачи газового потока с помощью отдельных нагнетателей, расположенных ниже по потоку, чтобы обеспечить более точное управление двумя отдельными потоками выгружаемого газа.

В варианте осуществления настоящего изобретения, показанном на фиг. 8, выгружаемый поток из первого блока 81 нагнетателя системы 80 трех нагнетателей вводится через трубопровод 82 во второй блок 83 нагнетателя, причем выгружаемый поток из блока 82 нагнетателя вводится через трубопровод 84 в третий нагнетатель 85, таким образом иллюстрируя конфигурацию «1 в 2 в 3», описанную выше. Эта последовательная компоновка из трех нагнетателей позволяет нагнетателям 83 и 85 быстро и точно реагировать на требования целевого давления газа и потока газа, большая часть которых обеспечивается с помощью блока 81 нагнетателя.

Дополнительно включенными в объем изобретения являются те системы центробежных нагнетателей, в которых один или более блоков нагнетателей отличаются друг от друга в системе по диапазону давления газа и мощности выходного газового потока. Такой вариант осуществления системы центробежного нагнетателя проиллюстрирован на фиг. 9. Система 90 двух центробежных нагнетателей обладает первым блоком 91 нагнетателя с относительно большим давлением газа и мощностью газового потока, причем газовый поток, выталкиваемый из него, вводится через трубопровод 92 в более маленький блок 93 нагнетателя. Эта компоновка нагнетателей разного размера обеспечивает тонкое регулирование более высоких скоростей газового потока. Где требования газового потока превышают требования, которые могут быть достигнуты с помощью системы нагнетателей, в которой блоки нагнетателей имеют приблизительно одну и ту же мощность, блок нагнетателя с большей мощностью может быть дополнен блоком с меньшей мощностью. Это обеспечивает более широкий диапазон газового потока, одновременно осуществляя более быстрые и более точные характеристики управления потоком системой центробежного нагнетателя по данному изобретению.

Во всех системах центробежных нагнетателей согласно изобретению отдельные блоки нагнетателей, их отдельный взаимосоединяющий трубопровод (трубопроводы), не должны быть в непосредственном контакте друг с другом, но могут быть разделены некоторым пространством. Размещение одного или более нагнетателей в систему нагнетателей согласно изобретению на некотором отдельном месте расположения может быть преимуществом, когда соображения оптимальной компоновки для конкретного применения благоприятствуют такой компоновке. Вариант осуществления нагнетателя такого типа показан на фиг. 10, где в системе 100 двух центробежных нагнетателей первый нагнетатель 101 отделен от второго нагнетателя 102 примерно на длину трубчатого трубопровода 103.

Размеры, напряжение, приводная мощность, скорость крыльчатки, воздушный поток, уровень шума, также как другие характеристики конкретного блока нагнетателя, используемого в системе центробежного нагнетателя, могут широко зависеть от требований давления газа и газового потока и конечного применения. В нижеследующей таблице перечислены некоторые типичные характеристики для диапазона используемых блоков нагнетателей:

Размер (мм) Номинальное напряжение (постоянное напряжение в вольтах) Питающий ток (Амперы) Потребление энергии (Вт) Скорость (об/мин) Поток воздуха (куб. футы в мин) Статическое давление (дюйм водяного столба) Шум (Децибел) Вес (г)
35×35×7 12 0,065 0,8 6300 0,9 0,27 22,2 8
45×45×20 12 0,04 0,48 3500 4,6 0,22 21 22,64
50×50×15 12 0,17 2,2 6000 4,7 0,97 42,2 30
50×50×15 12 0,1 1,2 5000 4,0 0,97 39,8 30
50×50×15 12 0,06 0,7 4000 3,0 0,40 33,4 30
50×50×15 12 0,044 0,5 3000 2,3 0,16 27 30
50×50×20 12 1,5 0,124 5200 5,7 0,66 35 33
50×50×20 12 1,3 0,104 4800 5,2 0,56 33 33
50×50×20 12 1,1 0,088 4400 4,8 0,46 30 33
60×60×15 12 0,105 1,3 4000 5,2 0,44 40,5 45
60×60×15 12 0,07 0,8 4200 4,7 0,32 36 45
60×60×15 12 0,04 0,5 3200 3,5 0,18 29 45
60×60×25 12 0,14 1,7 3600 7,3 0,58 32,4 55
75×75×30 12 0,3 3,6 3400 13,6 0,6 43,5 86,5
75×75×30 12 0,23 2,8 3000 12,3 0,48 40,5 86,5
75×75×30 12 0,13 1,5 2400 9,6 0,27 33,9 86,5
75×75×30 12 0,08 1,0 1900 7,5 0,15 28 86,5
75×75×30 24 0,17 4,1 3400 13,6 0,6 43,5 86,5
75×75×30 24 0,14 3,4 3000 12,3 0,48 40,5 86,5
75×75×30 24 0,08 1,9 2400 9,6 0,27 33,9 86,5
75×75×30 24 0,05 1,2 1900 7,5 0,15 28 86,5
97×97×33 12 560 6,7 3600 26,7 0,76 54,3 183
97×97×33 12 0,72 9,6 3600 30,5 0,92 55,8 185
97×97×33 12 0,56 6,7 3200 26,6 0,65 53,1 185
97×97×33 12 0,30 3,6 2700 22,4 0,43 50 185
97×97×33 24 0,39 9,4 3600 30,5 0,92 55,8 185
97×97×33 24 0,25 6,0 3200 26,6 0,65 53,1 185
97×97×33 24 0,16 3,8 2700 22,4 0,43 50 185
97×97×33 48 0,17 8,2 3600 30,5 0,92 55,8 185
97×97×33 48 0,13 6,2 3200 26,6 0,65 53,1 185
97×97×33 48 0,09 4,3 2700 22,4 0,43 50 185
120×120×32 12 755 9,06 2800 38,7 1,14 55,8 242
120×120×32 12 0,82 9,8 2500 35,9 0,89 53,8 250
120×120×32 12 0,45 5,4 2100 31,4 0,64 49,6 250
120×120×32 24 0,38 9,1 2500 35,9 0,89 53,8 250
120×120×32 24 0,24 5,8 2100 31,4 0,64 49,6 250
120×120×32 24 0,38 9,1 2500 35,9 0,89 53,8 250
120×120×32 24 0,24 5,8 2100 31,4 0,64 49,6 250
120×120×32 48 0,12 5,8 2100 31,4 0,64 49,6 250

Необходимо, конечно, понимать, что изобретение не ограничено блоками нагнетателей, обладающих вышеперечисленными характеристиками, и в нем может быть любой блок центробежного нагнетателя, имеющего меньшие или большие размеры, требования к напряжению и мощности, количество оборотов в минуту крыльчатки, давление газа и мощности газовых потоков и т. д., чем те, что перечислены в таблице.

На фиг. 10А и 11В, соответственно, проиллюстрирована система управления нагнетателем системы центробежного нагнетателя согласно изобретению и схематичное представление ее логической схемы управления. Как понятно специалистам в данной области техники, эти операции управления нагнетателем могут быть осуществлены с помощью надлежащим образом запрограммированного микропроцессора.

На фиг. 12 показано сравнение типичных характеристики скорости потока независимо управляемых первого и второго нагнетателей в системе двух центробежных нагнетателей, таких как показаны на фиг. 1А и 1В, с традиционным большим единичным центробежным нагнетателем приблизительно эквивалентной мощности газового потока. Как показывают графики данных, апериодическое демпфирование единичного нагнетателя, которое требуется, чтобы избежать или подавить отклонение целевых потоков газа, приводящее в результате к более длительным периодам времени для достижения и более низкого целевого потока, и более высокого целевого потока по сравнению со значительно более короткими промежутками времени для достижения этих целевых уровней потока с использованием системы многочисленных, соединенных между собой центробежных нагнетателей согласно изобретению.

Фиг. 13А и 13В представляют собой графические презентации, соответственно, характеристик скорости газового потока и давлений газа для конфигураций системы двух центробежных нагнетателей согласно изобретению, в которых углы наклона блоков нагнетателей составляют 0°, 30° и 60° (как показано на фиг. 5А, 5В и 5С).

Система центробежного нагнетателя по данному изобретению может отвечать требованиям, предъявляемым к газовому потоку для разнообразных применений. На фиг. 14А, 14В, 15А и 15В проиллюстрировано использование системы нагнетателя согласно изобретению для обеспечения и регулирования газовых потоков в узле ТОТЭ трубчатого типа (фиг. 14А и 14В) и планарного типа (фиг. 15А и 15В).

В узле трубчатого ТОТЭ, или пакете 140 с фиг. 14А и 14В, первая система 141 нагнетателя подает газообразное топливо, например водород, к трубопроводу 142 для распределения по внутренней группе 143 трубчатых ТОТЭ элементов. Каждая трубка в группе 143 может иметь известную или традиционную конструкцию и, как показано на фиг. 14С, обладает самым внутренним слоем, соприкасающимся с анодом, промежуточным электролитным слоем и другим катодным слоем. Вторая система 144 нагнетателя распределяет воздух сначала при температуре окружающей среды к трубопроводу 145, из которого воздух освобождается для создания источника кислорода для катодного компонента каждого трубчатого ТОТЭ элемента. Воздух, входящий в трубопровод 145, кристаллизует тепло из горячих газов сгорания, выходящих их одноходовой горелки 146 в теплообменник 147. Пунктирные линии показывают траекторию потока нагретого воздуха, выходящего из выходных отверстий трубопровода 145, проходящего через группу 143 ТОТЭ в одноходовую горелку 146, где он обеспечивает кислород, чтобы поддерживать горение неизрасходованного топлива, присутствующего в отработанном газе, выходящем из трубчатых ТОТЭ элементов в выводящий трубопровод 148 и оттуда в одноходовую горелку. Наконец, горячие газы горения входят в теплообменник 147, где они служат для предварительного нагрева входящего воздуха, поданного первой системой 141 нагнетателя, как указано ранее.

Конструкция и работа планарного узла ТОТЭ, показанного на фиг. 15А и 15В, является по сути такой же, как и описанная выше для трубчатого узла ТОТЭ по фиг. 14А и 14В, принципиальной разницей является использование планарных ТОТЭ элементов. Как показано на фиг. 15С, каждый планарный ТОТЭ элемент в группе 151 включает в себя анод, электролит, катод и соединенные между собой компоненты.

Хотя изобретение было подробно описано в целях иллюстрации, понятно, что каждая подробность дана только с этой целью, при этом специалисты в данной области техники могут внести изменения, не выходя из сущности и объема изобретения, который определен в формуле изобретения.

1. Топливный элемент, содержащий:
узел топливного элемента, содержащий по меньшей мере один блок топливного элемента, причем блок топливного элемента содержит электролитную среду, катод и анод, и
первую систему центробежного нагнетателя для обеспечения потока газообразной среды к катоду блока топливного элемента и вторую систему центробежного нагнетателя для обеспечения потока газообразной среды к аноду блока топливного элемента, причем каждая система центробежного нагнетателя содержит:
последовательность блоков нагнетателей, причем каждый блок нагнетателя в последовательности блоков нагнетателей содержит кожух с аксиальным входным отверстием и радиальным выходным отверстием, крыльчатку, расположенную в кожухе, для засасывания газообразной среды при первом давлении в аксиальное входное отверстие и выталкивания газообразной среды при втором более высоком давлении через радиальное выходное отверстие, и двигатель для приведения в действие крыльчатки; и
трубопровод, соединяющий радиальное выходное отверстие по меньшей мере одного блока нагнетателя в последовательности блоков нагнетателей с аксиальным входным отверстием по меньшей мере одного последующего блока нагнетателя в последовательности блоков нагнетателей.

2. Топливный элемент по п. 1, в котором центробежный нагнетатель дополнительно содержит:
по меньшей мере одну направляющую газообразную среду конструкцию, выбранную из группы, состоящей из внутренних стенок трубопровода, выполненных по существу параллельными траектории газообразной среды, выталкиваемой из радиального выходного отверстия блока нагнетателя, к которому присоединен трубопровод, и корпуса для газового потока для приема газового потока из радиального выходного отверстия последнего блока нагнетателя в последовательности блоков нагнетателей, причем внутренние стенки корпуса для газового потока выполнены по существу параллельными траектории газообразной среды, выталкиваемой из радиального выходного отверстия последнего блока нагнетателя.

3. Топливный элемент по п. 2, в котором в системе центробежного нагнетателя ориентация радиального выходного отверстия блока нагнетателя в последовательности блоков нагнетателей к аксиальному входному отверстию последующего блока нагнетателя в последовательности блоков нагнетателей составляет приблизительно 0°, 90°, 180° или 270° и/или угол наклона радиального выходного отверстия одного блока нагнетателя в последовательности блоков нагнетателей к аксиальному входному отверстию последующего блока нагнетателя в последовательности блоков нагнетателей составляет приблизительно 0°, 30°, 60° или 90°.

4. Топливный элемент по п. 1, в котором в системе центробежного нагнетателя ориентация радиального выходного отверстия блока нагнетателя в последовательности блоков нагнетателей к аксиальному входному отверстию последующего блока нагнетателя в последовательности блоков нагнетателей составляет приблизительно 0°, 90°, 180° или 270° и/или угол наклона радиального выходного отверстия одного блока нагнетателя в последовательности блоков нагнетателей к аксиальному входному отверстию последующего блока нагнетателя в последовательности блоков нагнетателей составляет приблизительно 0°, 30°, 60° или 90°.

5. Топливный элемент по п. 2, в котором в системе центробежного нагнетателя внутренние стенки корпуса для газового потока находятся под углом от 12° до 20° относительно радиального выходного отверстия блоков нагнетателя в последовательности блоков нагнетателей.

6. Топливный элемент по п. 3, в котором в системе центробежного нагнетателя внутренние стенки корпуса для газового потока находятся под углом от 12° до 20° относительно радиального выходного отверстия блоков нагнетателя в последовательности блоков нагнетателей.

7. Топливный элемент по п. 4, в котором в системе центробежного нагнетателя внутренние стенки корпуса для газового потока находятся под углом от 12° до 20° относительно радиального выходного отверстия блоков нагнетателя в последовательности блоков нагнетателей.

8. Топливный элемент по любому из пп. 1-7, в котором в системе центробежного нагнетателя по меньшей мере один блок нагнетателя в последовательности блоков нагнетателей выполнен с возможностью работы при большем давлении газа и газовом потоке, чем другой блок нагнетателя в системе центробежного нагнетателя.

9. Способ управления газообразным потоком в топливном элементе по любому из пп. 1-8, при котором:
эксплуатируют по меньшей мере один блок нагнетателя в последовательности блоков нагнетателей для обеспечения от 50 до 90% потока газообразной среды системы центробежного нагнетателя; и
эксплуатируют по меньшей мере один другой блок нагнетателя в последовательности блоков нагнетателей для обеспечения равновесия потока газообразной среды системы центробежного нагнетателя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергосберегающим технологиям транспорта газа и может быть использовано при создании автоматизированной системы управления технологическим процессом магистрального газопровода на компрессорных станциях.

Изобретение относится к вентиляторостроению, может быть использовано в составе систем терморегулирования изделий космической техники и обеспечивает уменьшение поперечных габаритов и расширение компоновочных возможностей блока центробежных вентиляторов.

Изобретение относится к вентиляторным установкам с двухступенчатыми осевыми вентиляторами и может найти применение, в частности, на главных и вспомогательных вентиляторных установках шахт, рудников и других объектах вентиляции.

Изобретение относится к компрессоростроению, а именно к мультипликаторным центробежным компрессорам с охлаждением газа после рабочих ступеней. .

Изобретение относится к машиностроительной гидравлике и может быть использовано в составе систем терморегулирования, а также для очистки газового состава изделий ракетной техники.

Изобретение относится к компрессоростроению, в частности к способам подачи сжатого воздуха компрессорной установкой (КУ) путем переключения ступеней КУ из последовательного в параллельный режим работы.

Изобретение относится к горной промти и м. .

Данное раскрытие направлено на новую компоновку для оборудования, используемого для сжатия текучих сред. Один первичный двигатель соединен с множеством компрессоров. Трубопровод подачи с параллельными разветвленными трубопроводами направляет текучую среду, предназначенную для сжатия по меньшей мере в два компрессора, и параллельные выпускные трубопроводы от каждого компрессора соединены с общим выпускным трубопроводом, который направляет сжатые текучие среды по меньшей мере в один дополнительный компрессор. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 7 ил.

Вентилятор в сборе включает в себя: сопло, имеющее множество впускных отверстий для воздуха, множество выпускных отверстий для воздуха, путь для первого воздушного потока и путь для второго воздушного потока. Каждый путь для воздушного потока проходит от по меньшей мере одного из впускных отверстий для воздуха к по меньшей мере одному из выпускных отверстий для воздуха. Сопло определяет внутреннее отверстие, через которое воздух снаружи вентилятора затягивается воздухом, испускаемым из сопла. Вентилятор включает в себя первую управляемую пользователем систему для создания первого воздушного потока и вторую управляемую пользователем систему, отличную от первой системы и предназначенную для создания второго воздушного потока. За счет выбора пользователем одной или обеих из этих систем по меньшей мере один из двух различных воздушных потоков может испускаться из сопла, при этом каждый их них имеет соответствующий профиль потока. 27 з.п. ф-лы, 8 ил.
Наверх