DE102008051980A1

DE102008051980A1 - Air supply device for fuel cell for passenger car, has compressor including radial diffuser whose effective flow cross section is changeable by air guiding element of compressor

Info

Publication number: DE102008051980A1
Application number: DE102008051980A
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl.-Ing. Löffler; Siegfried Dipl.-Ing. Sumser; Manfred Dipl.-Ing. Stute
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: STUTE, MANFRED, DIPL.-ING., DE
Priority date: 2008-08-22
Filing date: 2008-10-16
Publication date: 2010-02-25

Abstract

The device (L) has a compressor (1) with a radial diffuser (2), whose effective flow cross section is changeable by an air guiding element of the compressor. An axial annular space (4) of the compressor is formed as a bladed axial diffuser with the flow cross section that is cumulative in a direction of flow. The axial annular space of the compressor is led into a coil that is arranged between the axial annular space and rotational axle (1.2) of a compressed wheel (1.1) of the compressor. A turbine (10) is provided for driving the compressor. An independent claim is also included for a method for operating an air supply device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftversorgungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle gemäß dem Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zum Betreiben einer Luftversorgungsvorrichtung.The The invention relates to an air supply device for a fuel cell according to the claim 1. Furthermore, the invention relates to a fuel cell system and a method of operating an air supply device.

Die Konzeption und Entwicklung von Luftversorgungsvorrichtungen für Brennstoffzellen orientieren sich in der momentan stattfindenden Einstiegsphase bei der Nutzung von Strömungsmaschinen an dem Stand der Technik der Komponenten von Abgasturboladern.The Design and development of air supply devices for fuel cells orient themselves in the current entry phase the use of turbomachinery in the prior art of the components of exhaust gas turbochargers.

Die Luftversorgungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle besitzt als Kern einen Verdichter, der mit Hilfe eines Elektromotors antreibbar ist.The Air supply device for a fuel cell has a core as a compressor, with Help an electric motor is driven.

In einer erweiterten Form der Luftversorgungsvorrichtung wird zur Rückgewinnung von Energie eine Turbine adaptiert, die über ein variables Leitgitter-Element eine üblicherweise angeordnete Gegendruckklappe der Brennstoffzelle hinfällig werden lässt.In an expanded form of the air supply device is for recovery of energy, a turbine adapted, via a variable Leitgitter element one usually arranged back pressure flap of the fuel cell can be obsolete.

Da ein Verdichterrad des Verdichters mit Hilfe des Elektromotors angetrieben wird, bestehen Drehzahlgrenzen auf der Seite des Elektromotors, die eine Auslegung des Verdichters maßgeblich beeinflussen.There a compressor of the compressor driven by means of the electric motor is speed limits exist on the side of the electric motor, the significantly influence a design of the compressor.

Durch die Forderung hoher Druckverhältnisse am Verdichter bei relativ geringen Massendurchsätzen sowie bei relativ geringen Drehzahlen einer Welle des Verdichters, welche drehfest mit dem Verdichterrad verbunden ist und vom Elektromotor angetrieben wird, ergeben sich spezifische Drehzahlen der Welle sowie spezifische Durchmesser des Verdichterrades, welche einen nicht gerade günstigen Bauraumbedarf bei der Verdichter-Gestaltung nach sich zieht.By the requirement of high pressure conditions at the compressor at relatively low mass flow rates and at relatively low Speeds a shaft of the compressor, which rotatably with the Compressor is connected and driven by the electric motor, specific shaft speeds as well as specific ones result Diameter of the compressor wheel, which is not exactly cheap space requirement in the compressor design pulls.

Der Bauraumbedarf durch große Raddurchmesser und Radialdiffusoren mit nachfolgender Verdichterspirale geht weit über den Durchmesser eines Gehäuses des Elektromotors hinaus, wodurch die Platzierung der Luftversorgungsvorrichtung in den stark begrenzten Bauräumen der Fahrzeuge erschwert wird.Of the Space requirements by large Wheel diameter and radial diffusers with subsequent compressor spiral goes far over the diameter of a housing of the electric motor, causing the placement of the air supply device in the very limited installation spaces the vehicles is difficult.

Wünschenswert wären Verdichter und/oder Turbinen, deren Maximalabmessungen Werte des ca. 1,1- bis 1,2-fachen des Gehäuses aufweisen. Bauraumgünstige Verdichter sollten breite Betriebsbereiche mit einem hohen Wirkungsgrad im Nennpunkt der Brennstoffzelle zur Einsparung elektrischer Antriebsenergie aufweisen, wobei eine Pumpgrenze des Verdichters bei relativ geringen Massendurchsätzen liegen sollte, um bei Bedarf hohe Drücke in der Brennstoffzelle einstellen zu können.Desirable would be compressors and / or turbines whose maximum dimensions are values of about 1.1 to 1.2 times the case exhibit. Cheap space Compressors should have wide operating ranges with a high efficiency in the nominal point of the fuel cell to save electrical drive energy wherein a surge limit of the compressor at relatively low Mass flow rates Should be located to high pressures in the fuel cell if necessary to be able to adjust.

Die Aufgabe der Erfindung ist es eine Luftversorgungsvorrichtung bereitzustellen, deren Verdichter einen Betriebsbereich mit verbesserten Wirkungsgraden aufweist.The The object of the invention is to provide an air supply device, their compressors an operating range with improved efficiencies having.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Luftversorgungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle mit den Merkmalen das Patentanspruchs 1 gelöst. Des Weiteren wird diese Aufgabe durch ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 19, und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 20 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.These The object is achieved by a Air supply device for a fuel cell having the features of claim 1. Of Furthermore, this object is achieved by a fuel cell system the features of claim 19, and by a method with the features of claim 20 solved. Advantageous embodiments with appropriate training The invention are specified in the respective dependent claims.

Die Luftversorgungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle, welche einen Verdichter mit einem Betriebsbereich mit verbesserten Wirkungsgraden aufweist, ist erfindungsgemäß dadurch geschaffen, dass der effektive Strömungsquerschnitt des Radialdiffusors veränderbar ist. Mit Hilfe der Veränderung des effektiven Strömungsquerschnitts des Radialdiffusors ist ein Druckverhältnis am Verdichterrad einstellbar. Da in einem Kennfeld des Verdichters jedem Druckverhältnis ein entsprechender Massenstrom bei einer bestimmten Drehzahl mit einem bestimmten Wirkungsgrad zugeordnet ist, kann durch die Veränderung des effektiven Strömungsquerschnitt Einfluss auf den Wirkungsgrad genommen werden.The Air supply device for a fuel cell, which is a compressor with an operating range having improved efficiencies is according to the invention thereby created that the effective flow cross-section of the radial diffuser variable is. With the help of the change of effective flow cross section of the radial diffuser is a pressure ratio on the compressor wheel adjustable. As in a map of the compressor every pressure ratio corresponding mass flow at a certain speed with a assigned to specific efficiency can be due to the change the effective flow area Influence on the efficiency can be taken.

Der Radialdiffusor kann als Diffusorring mit feststehenden Keilschaufeln ausgebildet sein. Die Summe aller kürzesten Abstände zwischen jeweils zwei benachbarten feststehenden Keilschaufeln stellt hierbei einen unveränderten ersten effektiven Strömungsquerschnitt des Radialdiffusors dar. Der unveränderte erste effektive Strömungsquerschnitt des Radialdiffusors ist so bemessen, dass beim Beaufschlagen der Brennstoffzelle mit mittels des Verdichters verdichteter Luft die Nennleistung der Brennstoffzelle erreichbar ist, wobei ein besonders großer Massenstrom der verdichteten Luft durch die Brennstoffzelle gegeben ist.Of the Radial diffuser can be used as a diffuser ring with fixed wedge blades be educated. The sum of all shortest distances between each two adjacent fixed wedge blades hereby an unchanged one first effective flow area of the radial diffuser. The unchanged first effective flow cross section of the radial diffuser is dimensioned so that when applying the Fuel cell with compressed by means of the compressor air Rated power of the fuel cell is achievable, with a special large mass flow the compressed air is given by the fuel cell.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der effektive Strömungsquerschnitt mindestens einen ersten Strömungsquerschnitt und einen zweiten Strömungsquerschnitt annehmend ausgestaltet ist. Die Einstellung des ersten Strömungsquerschnitts ergibt ein erstes Kennfeld des Verdichters, welches sich von einem zweiten Kennfeld unterscheidet, das mit Hilfe der Einstellung des zweiten Strömungsquerschnitts erzielbar ist. Jedes Kennfeld weist einen wirkungsgradgünstigen Betriebsbereich auf. Mit Hilfe der im Folgenden als Zwei-Punkt-Verstellung bezeichneten Verstellbarkeit des effektiven Strömungsquerschnitts lässt sich somit ein wirkungsgradgünstiger Betriebspunkt bzw. Betriebsbereich einstellen.In one embodiment of the invention, the effective flow cross-section is configured to assume at least a first flow cross-section and a second flow cross-section. The setting of the first flow cross section results in a first map of the compressor, which differs from a second map, which can be achieved by means of the adjustment of the second flow cross section. Each map has a low-efficiency operating range. With the aid of the adjustability of the effective flow cross section, which is referred to below as a two-point adjustment, it is thus possible to achieve a degree of efficiency Set operating point or operating range.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein axialer Ringraum des Verdichters als ein beschaufelter Axialdiffusor ausgebildet. Sofern die Schaufeln im Querschnitt tropfenförmig ausgebildet sind, bewirkt der beschaufelte Axialdiffusor eine weitere Verzögerung der durch den Verdichter beförderten Luft und damit eine Erhöhung des Drucks. Sind die Schaufeln hingegen im Querschnitt von in Strömungsrichtung konstanter Dicke, so ist mittels der Schaufeln ein besonders gutes axiales Ausrichten und Vergleichmäßigen des Luftstroms erreichbar.In a further advantageous embodiment of the invention is a axial annulus of the compressor as a bladed axial diffuser educated. If the blades are drop-shaped in cross section are the bladed axial diffuser causes a further delay of transported through the compressor Air and thus an increase the pressure. Are the blades, however, in cross-section of the flow direction constant thickness, so by means of the blades is a particularly good axial alignment and equalization of the air flow achievable.

Als weiter vorteilhaft hat sich gezeigt, wenn ein axialer Ringraum des Verdichters als Axialdiffusor mit in Strömungsrichtung zunehmendem Strömungsquerschnitt ausgebildet ist. Durch einen solchen, auch als Konusdiffusor bezeichenbaren Axialdiffusor ist ein Verzögern der durch den Verdichter beförderten Luft und somit ein Erhöhen des Drucks auf besonders einfache und strömungstechnisch vorteilhafte Art und Weise erreichbar.When It has also been shown to be advantageous if an axial annular space of the Compressor as axial diffuser with increasing in flow direction flow cross-section is trained. By such, also as Konusdiffusor markable Axial diffuser is a delay the transported through the compressor Air and thus an increase the pressure on particularly simple and fluidically advantageous Way achievable.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein effektiver Strömungsquerschnitt des Axialdiffusors veränderbar. Dadurch ist eine weitere Möglichkeit der Einflussnahme auf den Wirkungsgrad des Verdichters durch Verändern des effektiven Strömungsquerschnitts der Diffusoren gegeben.In a further advantageous embodiment of the invention is a effective flow area of the Changeable axial diffusors. This is another way the influence on the efficiency of the compressor by changing the effective flow cross section Given the diffusers.

In weiter vorteilhafter Art und Weise mündet der axiale Ringraum des Verdichters in eine Spirale, welche zumindest im Wesentlichen zwischen dem axialen Ringraum und einer Rotationsachse eines Verdichterrades des Verdichters angeordnet ist. Dadurch ist eine vergleichsweise kompakte, bauraumsparende Bauform des Verdichters bereitgestellt.In further advantageous manner opens the axial annular space of the Compressor in a spiral, which at least substantially between the axial annulus and a rotational axis of a compressor wheel of the compressor is arranged. This is a comparatively compact, space-saving design of the compressor provided.

Hierbei hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Spirale gegenüber einer Lufteintrittsmündung des Verdichters zumindest bereichsweise, insbesondere mittels eines Luftspalts, thermisch isoliert ausgebildet ist. Dadurch ist ein Wärmeübergang von der in der Spirale strömenden, verdichteten Luft auf die Lufteintrittsmündung des Verdichters erschwert und somit einer unerwünschten Erwärmung der in die Lufteintrittsmündung des Verdichters eintretenden Luft entgegengewirkt.in this connection it has proven to be advantageous if the spiral opposite to a Air inlet opening the compressor at least partially, in particular by means of a Air gap, thermally insulated is formed. This is one Heat transfer from flowing in the spiral, compressed air on the air inlet mouth of the compressor and difficult thus an undesirable warming in the air intake mouth The air entering the compressor counteracted.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zum Antreiben des Verdichters ein Antriebsaggregat vorgesehen, wobei ein Außendurchmesser des Verdichters zumindest im Wesentlichen gleich einem Außendurchmesser einer Außenwandung des Antriebsaggregats ist. Bei dem Antriebsaggregat kann es sich um einen Elektromotor handeln. So ist erreichbar, dass Maximalabmessungen des Verdichters in radialer Richtung allenfalls unwesentlich Maximalabmessungen eines Gehäuses des den Verdichter antreibenden Elektromotors überschreiten. Dadurch ist die Platzierung der Luftversorgungseinrichtung in stark begrenzten Bauräumen von Fahrzeugen erleichtert.In a further advantageous embodiment of the invention is for Driving the compressor provided a drive unit, wherein an outer diameter of the compressor at least substantially equal to an outer diameter an outer wall of the drive unit is. The drive unit may be to act an electric motor. So is achievable that maximum dimensions of the Compressor in the radial direction at most insignificant maximum dimensions a housing exceed the driving the electric motor. This is the result Placement of the air supply device in very limited spaces of Facilitated vehicles.

Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn zum Antreiben des Verdichters eine Turbine vorgesehen ist, welcher Abluft einer mittels des Verdichters mit Luft beaufschlagbaren Einrichtung, insbesondere der Brennstoffzelle, zuführbar ist, wobei eine, insbesondere ein Ventil aufweisende Umgehungsleitung vorgesehen ist, mittels welcher der Turbine vom Verdichter verdichtete Luft unter Umgehung der Einrichtung zuführbar ist. Durch die Umgehungsleitung ist bei gegebenem, mittels des Verdichters zu erzielendem Druckverhältnis ein zusätzlicher durchströmbarer Querschnitt bereitgestellt. Der Verdichter kann also bei diesem gegebenen Druckverhältnis einen größeren Massenstrom fördern. Dies ist insbesondere beim Betreiben des Verdichters an der Pumpgrenze vom Vorteil, da hier durch Fördern eines größeren Massenstroms ein Pumpen des Verdichters vermeidbar ist.When further advantageously, it has been shown, when for driving the compressor a turbine is provided, which exhaust air by means of the compressor air-powered device, in particular the fuel cell, supplied is, wherein a, in particular a valve having bypass line is provided, by means of which the turbine from the compressor compressed Air is supplied bypassing the device. By the bypass line is at a given, to be achieved by means of the compressor pressure ratio additional flow-through cross section provided. The compressor can thus at this given pressure ratio one larger mass flow promote. This is especially true when operating the compressor at the surge line from the advantage of promoting here a larger mass flow a pump of the compressor is avoidable.

Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der Verdichter wenigstens ein Luftleitelement umfasst, welches zum Verändern des effektiven Strömungsquerschnitts des Radialdiffusors in einem Zwischenraum zwischen Schaufeln des Radialdiffusors bewegbar ist. So kann durch zunehmend weiteres Einschieben des wenigstens einen Luftleitelements in den Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Schaufeln des Radialdiffusors der effektive Strömungsquerschnitt des Radialdiffusors besonders gut kontinuierlich verringert und durch Herausbewegen aus dem Zwischenraum kontinuierlich vergrößert werden.When Furthermore, it has proven to be advantageous if the compressor is at least an air guide element, which for changing the effective flow cross-section of the radial diffuser in a space between blades of the Radial diffuser is movable. Thus, by increasingly further insertion of the at least one air guiding element in the intermediate space between two adjacent blades of the radial diffuser the effective flow area the Radialdiffusors particularly well continuously reduced and be continuously increased by moving out of the gap.

Hierbei kann das wenigstens eine Luftleitelement mittels eines Drehschiebers bewegbar sein. Der Drehschieber kann als Kulissenschieber ausgebildet sein, wobei ein durch Verdrehen des Kulissenschiebers in der Kulisse geführter Führungsstift für das axiale Einschieben des wenigstens einen Luftleitelements in den Zwischenraum zwischen den Schaufeln des Radialdiffusors sorgt. Dies ermöglicht ein besonders sicheres und genaues Bewegen des wenigstens einen Luftleitelements. Das wenigstens eine Luftleitelement kann eine Gitterringschaufel sein, welche an einer als Gitterring ausgebildeten Trageinrichtung angeordnet ist. Bevorzugt weist der Gitterring jedoch eine Vielzahl von Gitterringschaufeln auf, welche synchron axial bewegbar sind.in this connection For example, the at least one air guiding element can be moved by means of a rotary valve be movable. The rotary valve can be designed as a sliding block be, with a by turning the sliding block in the backdrop guided guide pin for the axial insertion of the at least one air guide element in the Space between the blades of the radial diffuser ensures. This allows one particularly safe and accurate movement of the at least one air guide element. The at least one air guiding element may be a grating ring blade, which are arranged on a carrying device designed as a grid ring is. Preferably, however, the grid ring has a plurality of grid ring blades on, which are synchronously axially movable.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist das wenigstens eine Luftleitelement an einer Trageinrichtung angeordnet, welche einen ersten Druckraum gegenüber einem zweiten Druckraum abdichtend ausgebildet ist, wobei zumindest einer der Druckräume mit einem Verstelldruck zum Bewegen der Trageinrichtung beaufschlagbar ist. Hierbei kann der Verstelldruck zum Bewegen beispielsweise des eine Vielzahl von Gitteringschaufeln aufweisenden Gitterrings ein Überdruck oder ein Unterdruck sein. In vorteilhafter Weise kann so ein besonders leichtgängiger, pneumatischer Bewegungsmechanismus des wenigstens einen Luftleitelements unter Verzicht auf eine gegebenenfalls verschleißanfällige Mechanik zum Einsatz kommen.In an alternative embodiment of the invention, the at least one air guiding element is arranged on a carrying device, which has a first Pressure chamber is sealingly formed with respect to a second pressure chamber, wherein at least one of the pressure chambers with an adjustment pressure for moving the support device can be acted upon. In this case, the adjustment pressure for moving, for example, the grating ring having a multiplicity of grating blades may be an overpressure or a negative pressure. Advantageously, such a particularly smooth-running, pneumatic movement mechanism of the at least one air-guiding element can be used while dispensing with an optionally wear-prone mechanism.

Wenn zumindest einer der Druckräume eine Feder zum Unterstützen einer Verstellbewegung der Trageinrichtung aufweist, so kann durch entsprechendes Einstellen von Vorspannkraft und Federrate der Feder sowohl ein Erreichen einer stabilen Endposition der Trageinrichtung als auch ein besonders gleichmäßiges Bewegen der Trageinrichtung erreicht werden.If at least one of the pressure chambers a spring to support having an adjustment of the support means, it can by corresponding adjustment of preload force and spring rate of the spring both reaching a stable end position of the support device as well as a particularly smooth moving the carrying device can be achieved.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Radialdiffusor zum Verändern seines effektiven Strömungsquerschnitts wenigstens ein um eine Drehachse bewegbares Luftleitelement auf. Bevorzugt können hierbei eine Vielzahl von als Leitgitterringschaufeln ausgebildeten Luftleitelementen um ihre jeweilige Drehachse bewegbar auf einem Leitgitterring angeordnet sein. Ein derartiger, Schaufeln tragender Leitgittering ermöglicht ein besonders gutes und gleichmäßiges Verändern des effektiven Strömungsquerschnitts des Radialdiffusors für einen jeweiligen, von dem Verdichterrad des Verdichters geförderten Luftstrom.In a further advantageous embodiment of the invention, the Radial diffuser to change its effective flow cross-section at least one movable about an axis of rotation air guide. Preferred may in this case, a plurality of designed as Leitgitterringschaufeln Air guide elements about their respective axis of rotation movable on a Be arranged Leitgitterring. Such a shovel carrying Leitgittering allows a particularly good and even changing the effective Flow area of the radial diffuser for a respective, funded by the compressor of the compressor Airflow.

Eine Verstellvorrichtung zum Bewegen des wenigstens einen um die Drehachse bewegbaren Luftleitelements kann hierbei einen Verstellring umfassen. Mittels des Verstellrings ist ein synchrones Bewegen der Leitgitterringschaufeln um ihre Drehachse auf besonders einfache Art und Weise erreichbar.A Adjustment device for moving the at least one about the axis of rotation movable air guide element may in this case comprise an adjusting ring. By means of the adjusting ring is a synchronous movement of the Leitgitterringschaufeln accessible around its axis of rotation in a particularly simple manner.

Der Verstellring kann hierbei mittels eines, insbesondere mittels einer Welle mit einem Anlenkhebel verbunden, Verstellhebels und/oder mittels einer Gewindespindel bewegbar sein. Hierbei können der Verstellhebel und/oder die Gewindespindel mit dem Verstellring in Eingriff stehen und für ein besonders genau einstellbares Verdrehen des Verstellrings um eine gewünschte Strecke sorgen.Of the Adjustment ring can in this case by means of one, in particular by means of a Shaft connected to an articulated lever, lever and / or means a threaded spindle to be movable. Here, the lever and / or the threaded spindle engage with the adjusting ring and for a particular exactly adjustable twisting of the adjusting ring by a desired distance to care.

Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn zum Antreiben des Verdichters eine Turbine mit einem Spiralkanal vorgesehen ist, welcher über einen, insbesondere die Strömungsrichtung einen abnehmenden Strömungsquerschnitt aufweisenden, axialen Kanal in einen zu einem Turbinenrad führenden Radialkanal mündet, wobei der Radialkanal in Strömungsrichtung einen abnehmenden Strömungsquerschnitt aufweist. Ein derartiges, den axialen Kanal und den Radialkanal aufweisendes Turbinengehäuse ermöglicht den Einsatz eines vergleichsweise großen Turbinenrads mit im Wesentlichen seitlich neben dem Turbinenrad angeordnetem Spiralkanal, welches eine besonders kompakte Bauform aufweist. Ein solches, vergleichsweise großes Turbinenrad weist insbesondere bei niedrigen spezifischen Drehzahlen einen besonders guten Wirkungsgrad auf.Finally has it is shown to be advantageous when for driving the compressor a turbine is provided with a spiral channel, which via a, in particular the flow direction a decreasing flow area having, axial channel in a leading to a turbine wheel Radial canal opens, wherein the radial channel in the flow direction a decreasing flow area having. Such, the axial channel and the radial channel having turbine housing allows the use of a comparatively large turbine wheel with substantially laterally adjacent to the turbine wheel arranged spiral channel, which has a particularly compact design. Such, comparatively great Turbine wheel points in particular at low specific speeds a particularly good efficiency.

In einer Ausgestaltung kann ein effektiver Strömungsquerschnitt des als Düse wirkenden Radialkanals veränderbar sein. Dadurch ist auch turbinenseitig ein gut abstimmbares Beeinflussen des Wirkungsgrades ermöglicht.In In one embodiment, an effective flow cross-section of the nozzle acting as a nozzle Radial channel changeable be. As a result, the turbine side also has a good tunable influence the efficiency allows.

Ist die Luftversorgungseinrichtung Bestandteil eines Brennstoffzellensystems, so bewirkt ein Beeinflussen des Wirkungsgrads des Verdichters durch Verändern des effektiven Strömungsquerschnitts des Radialdiffusors ein Verbessern des Wirkungsgrades des Brennstoffzellensystems.is the air supply device is part of a fuel cell system, Thus, influencing the efficiency of the compressor by changing the effective flow cross section of the radial diffuser improving the efficiency of the fuel cell system.

Die für die Luftversorgungsvorrichtung genannten bevorzugten Ausführungsformen und Vorteile gelten auch für ein Verfahren zum Betreiben einer Luftversorgungseinrichtung, bei welchem der effektive Strömungsquerschnitt des Radialdiffusors zum Beeinflussen des Wirkungsgrads des Verdichters verändert wird.The for the Air supply device said preferred embodiments and benefits also apply to a method for operating an air supply device, in which the effective flow cross section the radial diffuser is changed to affect the efficiency of the compressor.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehene sind.Further Advantages, features and details of the invention will be apparent from the following description and with reference to the drawings, in which identical or functionally identical elements with identical reference numerals are provided.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The Invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 Ein Kennfeld einer erfindungsgemäßen Luftversorgungsvorrichtung, 1 A characteristic diagram of an air supply device according to the invention,

2 in einer Prinzipdarstellung eine erfindungsgemäße Luftversorgungsvorrichtung mit einer Turbine, 2 in a schematic representation of an inventive air supply device with a turbine,

3 in einem Querschnitt einen Ausschnitt eines schaufelbestückten Diffusors der Luftversorgungsvorrichtung gem. 2, 3 in a cross section a section of a blade-equipped diffuser of the air supply device acc. 2 .

4 in einem Querschnitt einen Ausschnitt der Luftversorgungsvorrichtung gem. 2 in einer ersten Variante, 4 in a cross section a section of the air supply device acc. 2 in a first variant,

5 in einem Querschnitt einen Ausschnitt der Luftversorgungsvorrichtung gem. 2 in einer zweiten Variante, 5 in a cross section a section the air supply device acc. 2 in a second variant,

6 in einer Seitenansicht eine Verstellvorrichtung zur Verstellung eines effektiven Strömungsquerschnitts des Diffusors, 6 in a side view an adjusting device for adjusting an effective flow cross-section of the diffuser,

7 in einer Vorderansicht die Verstellvorrichtung gem. 6, 7 in a front view the adjustment gem. 6 .

8 in einer Schichtdarstellung eine Vorderansicht einer drehbaren Diffusorbeschaufelung, 8th in a layered representation a front view of a rotatable diffuser paddle,

9 in einer Prinzipdarstellung eine Verstellvorrichtung für eine Diffusorbeschaufelung gem. 8 und 9 in a schematic representation of an adjusting device for a diffuser paddle gem. 8th and

10 in einem Querschnitt die Luftversorgungsvorrichtung mit einer weiteren Verstellvorrichtung. 10 in a cross section, the air supply device with a further adjustment.

In 1 ist ein Kennfeld einer erfindungsgemäßen Luftversorgungsvorrichtung L mit einem in zwei Stufen verstellbaren Diffusor abgebildet, dessen effektiver Strömungsquerschnitt eine als Zwei-Punkt-Verstellung bezeichnete Verstellbarkeit aufweist.In 1 is a map of an air supply device according to the invention L shown with an adjustable in two stages diffuser whose effective flow cross-section has a designated as two-point adjustment adjustability.

In 2 ist die erfindungsgemäße Luftversorgungsvorrichtung L einer ersten Ausführungsform abgebildet, mit einem Verdichter 1, einer Turbine 10 und einem Laufzeug 11, wobei das Laufzeug 11 ein Verdichterrad 1.1, ein Turbinenrad 10.1 und eine das Verdichterrad 1.1 mit dem Turbinenrad 10.1 drehfest verbindende nicht näher dargestellte Welle umfasst, welche drehbar um eine Rotationsachse 1.2 angeordnet sind. Die Welle ist mit Hilfe eines Elektromotors 6 antreibbar.In 2 the inventive air supply device L of a first embodiment is shown, with a compressor 1 , a turbine 10 and a running tool 11 , where the power tool 11 a compressor wheel 1.1 , a turbine wheel 10.1 and one the compressor wheel 1.1 with the turbine wheel 10.1 rotatably connecting unillustrated shaft includes, which rotatable about an axis of rotation 1.2 are arranged. The shaft is with the help of an electric motor 6 drivable.

In radialer Richtung außerhalb des Verdichterrads 1.1 ist ein Radialdiffusor 2 angeordnet, der von Seitenflächen begrenzt ist. Der Radialdiffusor 2 ist variabel einstellbar, indem eine der Seitenflächen verstellbar ausgebildet ist. Der Radialdiffusor 2 ist über einen Umlenkkanal 3 mit einem axialen Ringraum 4 verbunden, welcher wiederum in eine Spirale 5 (auch Sammelspirale genannt) mündet, die nach innen zur Rotationsachse 1.2 gerichtet ausgebildet ist, so dass der zur Verfügung stehende Bauraum innerhalb der Außenwandung des Verdichters 1 ausgenutzt ist.In the radial direction outside the compressor wheel 1.1 is a radial diffuser 2 arranged, which is bounded by side surfaces. The radial diffuser 2 is variably adjustable by one of the side surfaces is adjustable. The radial diffuser 2 is via a deflection channel 3 with an axial annulus 4 connected, which in turn into a spiral 5 (also called collective spiral) opens, the inward to the axis of rotation 1.2 directed, so that the available space within the outer wall of the compressor 1 is exploited.

Durch das Verdichterrad 1.1 wird Luft angesaugt und in den Radialdiffusor 2, in welchem eine Radialbeschaufelung 2.1 angeordnet ist, befördert. Im Radialdiffusor 2 wird die Luft nach außen befördert und dabei in Folge des sich nach außen vergrößernden Radialumfangs verzögert. Im Umlenkkanal 3 wird die beförderte Luft um 90 Grad in den axialen Ringraum 4 umgelenkt.Through the compressor wheel 1.1 Air is sucked in and into the radial diffuser 2 in which a radial blading 2.1 is arranged. In the radial diffuser 2 the air is transported to the outside and thereby delayed due to the outwardly increasing radial extent. In the deflection channel 3 The transported air is 90 degrees in the axial annulus 4 diverted.

Der axiale Ringraum 4 ist als parallelwandiger Diffusor (auch Axialdiffusor genannt) ausgebildet, in welchem eine Axialbeschaufelung 4.1 angeordnet ist. Da der axiale Ringraum 4 parallelwandig ausgebildet ist, erfährt die beförderte Luft, die durch die Axialbeschaufelung 4.1 axial gerichtet wird, keine weitere Verzögerung. Am Übergang zwischen axialem Ringraum 4 und Spirale 5 wird die beförderte Luft über den gesamten Umfang des axialen Ringraums 4 in die Spirale 5 befördert, wo sie durch Strömungsüberlagerung eine Richtungskomponente in Umfangsrichtung erfährt und über einen Austritt 5.1 ausströmt. Die Spirale 5 ist ähnlich einer Windung eines Schneckenhauses ausgebildet.The axial annulus 4 is designed as a parallel-walled diffuser (also called Axialdiffusor), in which a Axialbeschaufelung 4.1 is arranged. As the axial annulus 4 is formed parallel-walled, experiences the conveyed air through the Axialbeschaufelung 4.1 is directed axially, no further delay. At the transition between axial annulus 4 and spiral 5 the transported air over the entire circumference of the axial annulus 4 into the spiral 5 where it experiences a directional component in the circumferential direction by flow superposition and an outlet 5.1 flows. The spiral 5 is formed similar to a turn of a snail shell.

Die Spirale 5 weist eine weitgehend konstante Wanddicke auf. Dadurch wird der Wärmefluss über den sich ergebenden Luftspalt 33 aus dem Spiralenbereich in den Eintritts- bzw. Radaußenkonturbereich erschwert.The spiral 5 has a largely constant wall thickness. This will cause the heat flow over the resulting air gap 33 from the spiral area in the entry or Radaußenkonturbereich difficult.

Der Verdichter 1 wird von einem Elektromotor 6 angetrieben, wobei der Außendurchmesser des Verdichters 1 nicht größer ist als der Durchmesser der Außenwandung 6.1 des Elektromotors 6. Durch den Aufbau des Luftversorgers L ist es möglich, den Außendurchmesser des Verdichters 1 so klein wie den Durchmesser der Außenwandung 6.1 des Elektromotors 6 zu halten. Damit ist der Bauraumbedarf des Luftversorgers L deutlich kleiner als bei Luftversorgern nach dem Stand der Technik, bei denen in Folge großer Raddurchmesser und großer Radialdiffusoren mit nachfolgender Verdichterspirale Durchmesser üblich sind, die deutlich größer sind, als Durchmesser üblicher antreibender Elektromotoren. Der erfindungsgemäße Luftversorger L ermöglicht dadurch eine Platzierung in stark begrenzten Bauräumen der Fahrzeuganwendung. Der vom Verdichter 1 erzeugte Luftstrom wird einer im oberen Bereich der 2 schematisch dargestellten Brennstoffzelle 7 oder einem Brennstoffzellenstapel zugeführt. Zur Regulierung des Luftstroms ist ein Umblaseventil 8 angeordnet, das von einem Regler 9 geregelt wird. Das in dieser 2 gezeigte Luftversorgungssystem L der Brennstoffzelle 7 ist mit einer als Expansionsturbine ausgestalten Turbine 10, insbesondere eine Varioturbine ausgestattet. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Verdichterabblasung durch die Expansion des Abblasestroms in der Turbine 10 verbessert.The compressor 1 is powered by an electric motor 6 driven, the outer diameter of the compressor 1 not larger than the diameter of the outer wall 6.1 of the electric motor 6 , Due to the structure of the air supplier L, it is possible to change the outside diameter of the compressor 1 as small as the diameter of the outer wall 6.1 of the electric motor 6 to keep. Thus, the space requirement of the air supplier L is much smaller than in air suppliers according to the prior art, in which due to large wheel diameter and large radial diffusers with subsequent compressor spiral diameter are common, which are significantly larger than the diameter of conventional driving electric motors. The air supplier L according to the invention thus enables placement in very limited installation spaces of the vehicle application. The one from the compressor 1 Air flow generated is one in the upper part of the 2 schematically illustrated fuel cell 7 or supplied to a fuel cell stack. To regulate the air flow is a Umblaseventil 8th arranged by a regulator 9 is regulated. That in this 2 shown air supply system L of the fuel cell 7 is with a designed as an expansion turbine turbine 10 , in particular a Varioturbine equipped. As a result, the efficiency of the compressor blowdown by the expansion of the blow-off in the turbine 10 improved.

Da Verdichter 1 für Brennstoffzellen 7 mit niederen spezifischen Drehzahlen ausgelegt werden und dadurch relativ kleine Durchmesserverhältnisse vom Radeintritt zum Radaustritt haben, kann beim erfindungsgemäßen Luftversorger L der Platzbedarf für große Spiralenquerschnitte sehr gut befriedigt werden.Because compressor 1 for fuel cells 7 be designed with low specific speeds and thereby have relatively small diameter ratios from the wheel to the wheel outlet, the space requirement for large spiral cross-sections can be very well satisfied in the air supplier L according to the invention.

Der Radialdiffusor 2 weist einen Schaufelring 12 auf, dessen Schaufeln 12.1 keilförmig ausgebildet sind. Die Dimensionierung der Schaufeln 12.1 ist einem Nennpunkt der Brennstoffzelle entsprechend angepasst. Die Schaufeln 12.1 sind so ausgelegt, dass ein erster Strömungsquerschnitt S1 ausgebildet ist, welcher im Betrieb des Verdichters 1 einen effektiven Strömungsquerschnitt SE herbeiführt.The radial diffuser 2 has a blade ring 12 on, its shovels 12.1 are wedge-shaped. The sizing of the blades 12.1 is adapted to a nominal point of the fuel cell accordingly. The shovels 12.1 are designed so that a first flow cross-section S1 is formed, which in the operation of the compressor 1 an effective flow cross-section SE causes.

Zur Realisierung des in 1 dargestellten Kennfeldbereich mit geringen Massendurchsätzen und der nach links verschobenen Pumpgrenze im Betrieb des Verdichters 1 mit Hilfe einer Reduzierung eines effektiven Strömungsquerschnitts, ist ein Gitterring 13 vorgesehen, dessen Gitterringschaufeln 13.1 in diesem Ausführungsbeispiel gem. 3 tropfenförmig ausgebildet sind. Der Gitterring 13 ist dabei so ausgestaltet, dass die Gitterringschaufeln 13.1 in die vorhandenen Zwischenräume zwischen den keilförmigen Schaufeln 12.1 des Schaufelrings 12 einschiebbar sind, wobei in einer Endposition ein Mindestspalt x ausgebildet ist, welcher einen zweiten Strömungsquerschnitt S2 definiert. Mit Hilfe des Gitterrings 13 ist somit der effektive Strömungsquerschnitt SE veränderbar, wobei in seiner in den Schaufelring 12 eingeschobenen Position ein zweiter Strömungsquerschnitt S2 ausgebildet ist.For the realization of in 1 illustrated map area with low mass flow rates and the shifted to the left pumping limit in the operation of the compressor 1 by means of a reduction of an effective flow cross section, is a grating ring 13 provided, whose grid ring blades 13.1 in this embodiment gem. 3 are formed drop-shaped. The grid ring 13 is designed so that the grid ring blades 13.1 in the existing spaces between the wedge-shaped blades 12.1 of the blade ring 12 can be inserted, wherein in a final position, a minimum gap x is formed, which defines a second flow cross-section S2. With the help of the grid ring 13 Thus, the effective flow cross section SE is changeable, wherein in his in the blade ring 12 inserted position a second flow cross-section S2 is formed.

Gem. 4 ist der Gitterring 13 mit Hilfe eines Drehschiebers 14 axial bewegbar ausgebildet, wobei zur Verbindung des Drehschiebers 14 mit dem Gitterring 13 Führungsstifte 15 vorgesehen sind. Eine Verschiebung des Gitterrings 13 erfolgt mit Hilfe des Drehschiebers 14 welcher als Kulissenschieber ausgebildet ist, wobei die Führungsstifte 15 für die axiale Bewegung maßgeblich sind. Zur drehenden Bewegung des Kulissenschiebers ist ein Verstellhebel 16 ausgebildet, welcher aus einem Gehäuse 17 des Verdichters 1 herausragend ausgebildet ist (s. 6 und 7). Zur vereinfachten Montage ist ein Deckel vorgesehen, welcher mit dem Gitterring 13 korrespondierend ausgestaltet ist.Gem. 4 is the grid ring 13 with the help of a rotary valve 14 formed axially movable, wherein the connection of the rotary valve 14 with the grid ring 13 guide pins 15 are provided. A shift of the grid ring 13 done with the help of the rotary valve 14 which is designed as a sliding block, wherein the guide pins 15 are decisive for the axial movement. For the rotating movement of the sliding block is an adjusting lever 16 formed, which consists of a housing 17 of the compressor 1 is outstanding (s. 6 and 7 ). For simplified assembly, a lid is provided, which with the grid ring 13 is designed correspondingly.

Von Bedeutung für einen sehr günstigen Bauraum dieses Ausführungsbeispiels ist der stromab des Schaufelrings 12 über den Umlenkkanal 3 abknickend ausgebildete Diffusor, der in axialer Richtung weitgehend parallel zur Rotationsachse 1.2 verläuft. In 4 ist der Diffusor 2 in seinem axialen Ringraum 4 unbeschaufelt, einen Konusdiffusor aufweisend ausgebildet. 5 zeigt ein feststehendes Schaufelgitter 18 in diesem Bereich des Diffusors 2. Ebenso könnte dieses Schaufelgitter 18 auch variabel ausgebildet sein.Of importance for a very low installation space of this embodiment is the downstream of the blade ring 12 over the deflection channel 3 kinkend trained diffuser, which is largely parallel to the axis of rotation in the axial direction 1.2 runs. In 4 is the diffuser 2 in its axial annulus 4 unscrewed, having a cone diffuser formed. 5 shows a fixed blade grid 18 in this area of the diffuser 2 , Likewise, this scoop could be 18 also be designed variable.

Eine Vorrichtung zur pneumatisch aktivierten axialen Bewegung des Gitterrings 13 ist in 5 abgebildet. Der Gitterring 13 ist einen ersten Druckraum 19, beaufschlagt mit dem vom Verdichter erwirkten Ladedruck, und eine zweiten Druckraum 20, welcher auf der den Schaufeln 13.1 abgewandt positionierten Seite des Gitterings 13 ausgebildet ist, abdichtend ausgeführt. Die Verstelldruckbewegung kann mittels Unter- oder Überdruck ausgeführt sein. In den beiden Druckräumen 19, 20 positionierte Federn 21 zur Kraftübertragung auf den Gitterring 13 sind entsprechend ihrer Vorspannkraft und Federrate so dimensioniert, dass eine stabile Endposition und eine ruckfreie Axialbewegung des Gitterrings 13 herbeiführbar ist.A device for pneumatically activated axial movement of the grid ring 13 is in 5 displayed. The grid ring 13 is a first pressure room 19 , applied to the boost pressure from the compressor, and a second pressure chamber 20 which is on the blades 13.1 facing away from the side of the grid 13 is formed, sealing executed. The adjustment pressure movement can be carried out by means of negative or positive pressure. In the two pressure chambers 19 . 20 positioned springs 21 for transmitting power to the grid ring 13 are dimensioned according to their biasing force and spring rate so that a stable end position and a smooth axial movement of the grid ring 13 can be brought.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist im sich radial erstreckenden Bereich des Diffusors 2 ein Leitgitterring 22 mit rotatorisch bewegbaren Leitgitterringschaufeln 23 ausgebildet (s. 8). Die in 9 dargestellte Verstellvorrichtung 24 ist eine Vorrichtung zur Verstellung der rotatorisch bewegbaren Leitgitterringschaufeln 23. Jeder Schaufel 23 zugeordnete Verstellhebel 25 werden in diesem Ausführungsbeispiel mit Hilfe eines Verstellrings 26, welcher drehbar angeordnet ist, verstellt. Der Verstellring 26 ist mit Rollen oder einem Kugellager gelagert.In a further embodiment is in the radially extending portion of the diffuser 2 a Leitgitterring 22 with rotatably movable Leitgitterringschaufeln 23 trained (s. 8th ). In the 9 illustrated adjusting device 24 is a device for adjusting the rotatably movable Leitgitterringschaufeln 23 , Every scoop 23 associated adjusting lever 25 be in this embodiment by means of an adjusting ring 26 , which is rotatably mounted, adjusted. The adjusting ring 26 is stored with rollers or a ball bearing.

Der so gelagerte Verstellring 26 wird durch einen Eingriff eines Verstellhebels 30 oder durch den direkten Eingriff einer Gewindespindel 27 in eine in Umfangsrichtung gerichtete Bewegung versetzt. Die Gewindespindel 27 ist direkt mit einer Welle 28 einer Antriebseinheit 29, z. B. eines Rotors eines weiteren Elektromotors verbunden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist anstelle der Gewindelspindel 27 die Verstellbewegung durch den Verstellhebel 30, welcher über eine Welle 31 mit außen liegendem Anlenkhebel 32 gelagert ist, erzielt (s. 10).The so-mounted adjusting ring 26 is by an intervention of an adjustment lever 30 or by the direct engagement of a threaded spindle 27 offset in a circumferentially directed movement. The threaded spindle 27 is right with a wave 28 a drive unit 29 , z. B. a rotor of another electric motor connected. In a further embodiment, instead of the threaded spindle 27 the adjustment by the lever 30 which is about a wave 31 with external lever 32 stored, achieved (s. 10 ).

Es ist auch möglich, den erfindungsgemäßen Luftversorger L anstatt für eine Brennstoffzellen-Luftversorgung für die Aufladung von Verbrennungsmotoren zu verwenden, obwohl Verdichter von Abgasturboladern deutlich höhere spezifische Drehzahlen aufweisen als Elektromotoren für die Brennstoffzellen-Luftversorgung.It is possible, too, the air supplier according to the invention L instead of for a fuel cell air supply for the supercharging of internal combustion engines although compressors of exhaust gas turbochargers use much higher specific Have speeds as electric motors for the fuel cell air supply.

Obwohl im Allgemeinen bei Turbinen nicht die im Fahrzeugbau üblichen beengten Bauraumverhältnisse vorliegen, ist der erfindungsgemäße Luftversorger L analog auch für Turbinen einsetzbar, wobei anstatt des Radialdiffusors 2 und des axialen Ringraums 4 (= Axialdiffusor) Teil-Düsen einsetzbar sind, wobei jeweils ein Teil der Düsen axial verläuft und der andere Teil der Düsen radial in das Turbinenrad einmündet. Der radiale Düsenbereich bildet für diesen Fall optional das variable Element zur Einstellung des Strömungsquerschnitts.Although generally not available in turbines in the usual narrow space conditions in the vehicle, the air supplier L according to the invention can be used analogously for turbines, and instead of the radial diffuser 2 and the axial annulus 4 (= Axialdiffusor) partial nozzles are used, wherein in each case a part of the nozzles extends axially and the other part of the nozzle opens radially into the turbine wheel. The radial nozzle area forms in this case optionally the variable element for adjusting the flow cross-section.

Claims

Air supply device (L) with a compressor ( 1 ) with a radial diffuser ( 2 ), in particular for by means of an electric motor ( 6 ) fuel cell air supply systems ( 7 ), where the Radial diffuser ( 2 ) has an effective flow cross section (SE), characterized in that the effective flow cross section (SE) of the radial diffuser (SE) 2 ) is changeable.

Air supply device (L) according to claim 1, characterized characterized in that the effective flow cross-section (SE) at least a first flow cross-section (S1) and a second flow cross section (S2) is designed accepting.

Air supply device (L) according to claim 1 or 2, characterized in that an axial annular space ( 4 ) of the compressor ( 1 ) is formed as a bladed axial diffuser.

Air supply device (L) according to one of claims 1 to 3, characterized in that an axial annular space ( 4 ) of the compressor ( 1 ) is formed as an axial diffuser with increasing flow cross-section in the flow direction.

Air supply device (L) according to one of claims 3 to 4, characterized in that an effective flow cross-section changeable by the axial diffuser is.

Air supply device (L) according to one of claims 3 to 5, characterized in that the axial annular space ( 4 ) of the compressor ( 1 ) into a spiral ( 5 ), which at least substantially between the axial annulus and a rotation axis ( 1.2 ) of a compressor wheel ( 1.1 ) of the compressor ( 1 ) is arranged.

Air supply device (L) according to claim 6, characterized in that the spiral ( 5 ) opposite an air inlet mouth of the compressor ( 1 ) is at least partially formed, in particular by means of an air gap, thermally insulated.

Air supply device (L) according to one of claims 1 to 7, characterized in that for driving the compressor ( 1 ) a drive unit ( 6 ), wherein an outer diameter of the compressor ( 1 ) at least substantially equal to an outer diameter of an outer wall ( 6.1 ) of the drive unit ( 6 ).

Air supply device (L) according to one of claims 1 to 8, characterized in that for driving the compressor ( 1 ) a turbine ( 10 ) is provided, which exhaust air by means of the compressor ( 1 ) device which can be acted upon with air, in particular the fuel cell ( 7 ), one, in particular a valve ( 8th ), by-pass line is provided, by means of which the turbine ( 10 ) from the compressor ( 1 ) compressed air, bypassing the device can be fed.

Air supply device (L) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the compressor (L) ( 1 ) at least one air guiding element ( 13.1 ), which for changing the effective flow cross-section (SE) of the radial diffuser ( 2 ) in a space between blades ( 12.1 ) of the radial diffuser ( 2 ) is movable.

Air supply device (L) according to claim 10, characterized in that the at least one air guide element ( 13.1 ) by means of a rotary valve ( 14 ) is movable.

Air supply device (L) according to claim 10, characterized in that the at least one air guide element ( 13.1 ) on a carrying device ( 13 ) is arranged, which a first pressure chamber ( 19 ) with respect to a second pressure chamber ( 20 ) is sealingly formed, wherein at least one of the pressure chambers ( 20 ) with an adjusting pressure for moving the carrying device ( 13 ) can be acted upon.

Air supply device (L) according to claim 12, characterized in that at least one of the pressure chambers ( 19 . 20 ) a feather ( 21 ) for assisting an adjustment movement of the carrying device ( 13 ) having.

Air supply device (L) according to one of claims 1 to 13, characterized in that the radial diffuser ( 2 ) for changing its effective flow cross-section (SE) at least one air guiding element which is movable about an axis of rotation (US Pat. 23 ) having.

Air supply device (L) according to claim 14, characterized in that an adjusting device ( 24 ) for moving the at least one air guiding element which can be moved about the axis of rotation ( 23 ) an adjusting ring ( 26 ).

Air supply device (L) according to claim 15, characterized in that the adjusting ring ( 26 ) by means of one, in particular by means of a shaft ( 31 ) with an articulation lever ( 32 ), adjusting lever ( 30 ) and / or by means of a threaded spindle ( 27 ) is movable.

Air supply device (L) according to one of claims 1 to 16, characterized in that for driving the compressor ( 1 ) a turbine ( 10 ) is provided with a spiral channel, which via a, in particular in the flow direction having a decreasing flow cross-section, axial channel opens into a radial channel leading to a turbine wheel, wherein the radial channel has a decreasing flow cross-section in the flow direction.

Air supply device (L) according to claim 17, characterized in that an effective flow cross-section of the radial passage variable is.

Fuel cell system with an air supply device (L), characterized in that the air supply device (L) according to one of the claims 1 to 18 is formed.

Method for operating an air supply device (L) comprising a compressor ( 1 ) with a radial diffuser ( 2 ), in particular for by means of an electric motor ( 6 ) fuel cell air supply systems ( 7 ), wherein the radial diffuser ( 2 ) has an effective flow cross section (SE), characterized in that the effective flow cross section (SE) of the radial diffuser (SE) 2 ) is changed to affect the efficiency of the compressor.

Method according to claim 20, characterized in that that it with an air supply device (L) according to one of claims 1 to 18 performed becomes.