DE102020210841A1 - Side channel compressor for a fuel cell system for conveying and/or compressing a gaseous medium, in particular hydrogen - Google Patents
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Abstract
Seitenkanalverdichter (1) für ein Brennstoffzellensystem (37) zur Förderung und/oder Verdichtung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, mit einem Gehäuse (3) und einem Antrieb (6), wobei das Gehäuse (3) ein Gehäuse-Oberteil (7) und ein Gehäuse-Unterteil (8) aufweist, mit einem in dem Gehäuse (3) umlaufend um eine Drehachse (4) verlaufenden Verdichterraum (30), der mindestens einen umlaufenden Seitenkanal (19, 21) aufweist, mit einem in dem Gehäuse (3) befindlichen Verdichterrad (2), das drehbar um die Drehachse (4) angeordnet ist und durch den Antrieb (6) angetrieben wird, wobei das Verdichterrad (2) an seinem Umfang im Bereich des Verdichterraums (30) angeordnete Schaufelblätter (5) aufweist und mit jeweils einer am Gehäuse (3) ausgebildeten Gas-Einlassöffnung (14) und einer Gas-Auslassöffnung (16), die über den Verdichterraum (30), insbesondere den mindestens einen Seitenkanal (19, 21), fluidisch miteinander verbunden sind.Erfindungsgemäß befindet sich dabei mindestens ein Heizelement (18, 20) im Gehäuse (3), insbesondere im Gehäuse-Unterteil (8), wobei das mindestens eine Heizelement (18, 20) zumindest nahezu vollständig im Gehäuse (3) integriert ist, wobei insbesondere das mindestens eine Heizelement (18, 20) als eine Heizpatrone (18, 20) ausgeführt ist.Side channel compressor (1) for a fuel cell system (37) for conveying and/or compressing a gaseous medium, in particular hydrogen, with a housing (3) and a drive (6), the housing (3) having a housing upper part (7) and has a lower housing part (8), with a compressor chamber (30) running around an axis of rotation (4) in the housing (3) and having at least one circumferential side channel (19, 21), with a located compressor wheel (2), which is arranged rotatably about the axis of rotation (4) and is driven by the drive (6), wherein the compressor wheel (2) has blades (5) arranged on its circumference in the area of the compressor chamber (30) and with one gas inlet opening (14) formed on the housing (3) and one gas outlet opening (16), which are fluidly connected to one another via the compressor chamber (30), in particular the at least one side channel (19, 21). According to the invention, there is doing at least a heating element (18, 20) in the housing (3), in particular in the lower part (8) of the housing, the at least one heating element (18, 20) being at least almost completely integrated in the housing (3), the at least one heating element ( 18, 20) as a heating cartridge (18, 20).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem zur Förderung und/oder Verdichtung von einem gasförmigen Medium, insbesondere Wasserstoff, das insbesondere zur Anwendung in Fahrzeugen mit einem Brennstoffzellenantrieb vorgesehen ist.The present invention relates to a side channel compressor for a fuel cell system for conveying and/or compressing a gaseous medium, in particular hydrogen, which is intended in particular for use in vehicles with a fuel cell drive.
Im Fahrzeugbereich spielen neben flüssigen Kraftstoffen in Zukunft auch gasförmige Kraftstoffe eine zunehmende Rolle. Insbesondere bei Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb müssen Wasserstoffgasströme gesteuert werden. Die Gasströme werden hierbei nicht mehr diskontinuierlich, wie bei der Einspritzung von flüssigem Kraftstoff gesteuert, sondern es wird das Gas aus mindestens einem Hochdrucktank entnommen und über eine Zuströmleitung eines Mitteldruckleitungssystems an eine Ejektoreinheit geleitet. Diese Ejektoreinheit führt das Gas über eine Verbindungsleitung eines Niederdruckleitungssystems zu einer Brennstoffzelle. Nachdem das Gas durch eine Brennstoffzelle geströmt ist wird es über eine Rückführleitung zurück zur Ejektoreinheit geführt. Dabei kann der Seitenkanalverdichter zwischengeschaltet werden, der die Gasrückführung strömungstechnisch und effizienztechnisch unterstützt. Zudem werden Seitenkanalverdichter zur Unterstützung des Strömungsaufbaus im Brennstoffzellenantrieb eingesetzt, insbesondere bei einem (Kalt)-Start des Fahrzeugs nach einer gewissen Standzeit. Das Antreiben dieser Seitenkanalverdichter erfolgt üblicherweise über Elektromotoren, die beim Betrieb in Fahrzeugen über die Fahrzeugbatterie mit Spannung versorgt werden. Dabei können sich im abgeschalteten Zustand des Brennstoffzellensystems und bei niedrigen Umgebungstemperaturen sogenannte Eisbrücken zwischen den beweglichen Teilen, insbesondere einem Verdichterrad und einem Gehäuse, des Seitenkanalverdichters bilden.In addition to liquid fuels, gaseous fuels will also play an increasing role in the vehicle sector in the future. Hydrogen gas flows must be controlled, particularly in fuel cell powered vehicles. The gas flows are no longer controlled discontinuously, as with the injection of liquid fuel, but the gas is taken from at least one high-pressure tank and routed to an ejector unit via an inflow line of a medium-pressure line system. This ejector unit leads the gas to a fuel cell via a connecting line of a low-pressure line system. After the gas has flowed through a fuel cell, it is returned to the ejector unit via a return line. The side channel compressor can be interposed, which supports the gas recirculation in terms of flow and efficiency. In addition, side channel compressors are used to support the flow build-up in the fuel cell drive, especially when the vehicle is (cold) started after a certain idle time. These side channel compressors are usually driven by electric motors which, when operated in vehicles, are supplied with voltage via the vehicle battery. When the fuel cell system is switched off and at low ambient temperatures, so-called ice bridges can form between the moving parts, in particular a compressor wheel and a housing, of the side channel compressor.
Aus der
Der aus der
Bei einer Bestromung der Statorwicklung zur Erwärmung des Seitenkanalverdichters und der wasserstoffführenden Bereiche des Seitenkanalverdichters, in denen sich Wasserstoffbrücken bilden können, kann es zu hohen Wirkungsgradverlusten kommen. Zum einen wird bei einer Bestromung der Statorwicklung, die als Hauptfunktion eine Erzeugung eines Drehfeldes um einen Rotor in Bewegung zu versetzen, eine Verlustleistung erzeugt, wenn diese mittels der Bestromung erwärmt werden sollen. Zum anderen muss ein großer Teil des Seitenkanalverdichters erhitzt werden, der gar keine Eisbrücken aufweist und/oder die Wärmeenergie muss durch zumindest nahezu den gesamten Seitenkanalverdichter vom Bereich der Statorwicklung zum wasserstoffführenden Bereich des Seitenkanalverdichters zurücklegen. Hierbei geht ein großer Teil der Wärmeenergie verloren, der für das Abschmelzen der Eisbrücken benötigt wird, wodurch der Wirkungsgrad der als Heizelements verwendeten Statorwicklung verringert wird. Zudem könnte es zum Erhitzen von Teilen des Seitenkanalverdichters und/oder Anbauteilen kommen, die durch das Erwärmen beschädigt werden können.If the stator winding is energized to heat the side channel compressor and the hydrogen-carrying areas of the side channel compressor, in which hydrogen bridges can form, there can be high losses in efficiency. On the one hand, when the stator winding is energized, the main function of which is to generate a rotating field in order to set a rotor in motion, a power loss is generated if the stator winding is to be heated by the energization. On the other hand, a large part of the side channel compressor, which has no ice bridges at all, has to be heated and/or the thermal energy has to travel through at least almost the entire side channel compressor from the area of the stator winding to the hydrogen-carrying area of the side channel compressor. A large part of the heat energy required for melting the ice bridges is lost in the process, which reduces the efficiency of the stator winding used as a heating element. In addition, parts of the side channel blower and/or add-on parts could heat up, which could be damaged by the heating.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention
Erfindungsgemäß wird ein Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem zur Förderung und/oder Verdichtung von einem gasförmigen Medium, insbesondere Wasserstoff, mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche bereitgestellt.According to the invention, a side channel compressor for a fuel cell system for conveying and/or compressing a gaseous medium, in particular hydrogen, is provided with the features of the independent patent claims.
Bezugnehmend auf Anspruch 1 wird ein Seitenkanalverdichter vorgeschlagen, bei dem sich mindestens ein Heizelement in einem Gehäuse, insbesondere in einem Gehäuse-Unterteil, befindet, wobei das mindestens eine Heizelement zumindest nahezu vollständig im Gehäuse integriert ist wobei insbesondere das mindestens eine Heizelement als eine Heizpatrone ausgeführt ist. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass die vom Heizelement abstrahlende Wärmeenergie zumindest nahezu vollständig vom Gehäuse aufgenommen wird. Zudem kann mittels der Ausführung des Heizelements als eine Heizpatrone die benötigte elektrische Energie reduziert werden, um die Eisbrücken, insbesondere in den wasserstoffführenden Bereichen abzuschmelzen, da eine Heizpatrone einen hohen Wirkungsgrad bei der Umwandlung von elektrischer und/oder induktiver Energie in Wärmeenergie aufweist. Somit kann auf diese Weise der Wirkungsgrad des Heizelements und/oder des Seitenkanalverdichters erhöht werden, wodurch weniger elektrische Energie eingesetzt werden muss, um mögliche Eisbrücken im Seitenkanalverdichter, insbesondere in den wasserstoffführenden Bereichen, abzuschmelzen.With reference to claim 1, a side channel compressor is proposed, in which at least one heating element is located in a housing, in particular in a lower part of the housing, with the at least one heating element being at least almost completely integrated in the housing, with the at least one heating element in particular being designed as a heating cartridge is. In this way, the advantage can be achieved that the thermal energy radiated by the heating element is at least almost completely absorbed by the housing. In addition, by designing the heating element as a heating cartridge, the required electrical energy can be reduced in order to melt the ice bridges, particularly in the hydrogen-bearing areas, since a heating cartridge has a high level of efficiency when converting electrical and/or inductive energy into thermal energy. The efficiency of the heating element and/or the side channel compressor can thus be increased in this way, As a result, less electrical energy has to be used to melt possible ice bridges in the side channel compressor, especially in the hydrogen-carrying areas.
Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims relate to preferred developments of the invention.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Seitenkanalverdichters befindet sich das mindestens Heizelement in mindestens einer Bohrung im Gehäuse des Seitenkanalverdichters. Auf diese Weise kann eine kostengünstige Integration des Heizelements im Seitenkanalverdichter realisiert werden, da die Bohrung mittels nur weniger Fertigungsschritte eingebracht werden muss und die Fertigungskosten und/oder Bearbeitungskosten reduziert werden können. Zudem kann auf diese Weise eine kostengünstige Montage des Heizelements umgesetzt werden, ohne dass weitere oder zumindest nur geringfügige konstruktive Änderungen am Seitenkanalverdichter notwendig sind. Dies reduziert die Montagekosten und somit die Fertigungskosten des Seitenkanalverdichters während die Ausfallwahrscheinlichkeit des Seitenkanalverdichters reduziert werden kann. Zudem wird mittels des Platzierens des mindestens einen Heizelements in mindestens einer Bohrung gewährleistet, dass die Wartungskosten des Seitenkanalverdichters und/oder des Heizelements verringert werden können, da eine guter Zugang zum Heizelement gewährleistet werden kann und somit ein schnelles Auswechsein eines beispielsweise defekten Heizelements ermöglicht wird. Zudem kann auf diese Weise eine kompakte Bauweise des Heizelements und/oder des Seitenkanalverdichters beibehalten oder herbeigeführt werden kann.According to an advantageous embodiment of the side channel compressor, the at least one heating element is located in at least one bore in the housing of the side channel compressor. In this way, a cost-effective integration of the heating element in the side channel compressor can be implemented, since the bore has to be made using only a few manufacturing steps and the manufacturing costs and/or processing costs can be reduced. In addition, a cost-effective assembly of the heating element can be implemented in this way without further or at least only minor structural changes to the side channel compressor being necessary. This reduces the assembly costs and thus the production costs of the side channel compressor, while the probability of failure of the side channel compressor can be reduced. In addition, by placing the at least one heating element in at least one bore, it is ensured that the maintenance costs of the side channel compressor and/or the heating element can be reduced, since good access to the heating element can be ensured and a rapid replacement of a defective heating element, for example, is made possible. In addition, in this way a compact design of the heating element and/or the side channel compressor can be maintained or brought about.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die mindestens eine Heizpatrone zylindrisch ausgeführt ist und verläuft zumindest nahezu vollständig entlang einer ersten oder zweiten Längsachse. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass eine gleichmäßige Abgabe der Wärmeenergie vom Heizelement an das Gehäuse gewährleistet werden kann, wodurch ein schnelles Beseitigen der Eisbrücken gewährleistet werden kann und wobei eine Beschädigung von Teilen des Seitenkanalverdichters und/oder Anbauteilen durch starke Schwankungen bei der Abgabe der Wärmeenergie aus dem Heizelement reduziert wird, wodurch eine Beschädigung durch Temperaturspitzen und/oder eine zu hohe Temperatur verringert wird. Zudem kann auf diese Weise eine vereinfachte und schnelle Montage und/oder Demontage des Heizelements im Seitenkanalverdichter, insbesondere im Gehäuse, gewährleistet werden. Weiterhin bietet dies den Vorteil, dass die Lebensdauer eines Antriebs und somit des gesamten Seitenkanalverdichters erhöht werden kann.According to a particularly advantageous embodiment, the at least one heating cartridge has a cylindrical design and runs at least almost completely along a first or second longitudinal axis. In this way, the advantage can be achieved that a uniform delivery of thermal energy from the heating element to the housing can be guaranteed, which means that the ice bridges can be quickly eliminated and damage to parts of the side channel blower and/or attachments due to strong fluctuations in the Dissipation of heat energy from the heating element is reduced, thereby reducing damage from temperature spikes and/or over temperature. In addition, a simplified and rapid assembly and/or disassembly of the heating element in the side channel compressor, in particular in the housing, can be guaranteed in this way. Furthermore, this offers the advantage that the service life of a drive and thus of the entire side channel blower can be increased.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Seitenkanalverdichters ist die mindestens eine Heizpatrone zylindrisch ausgeführt und zumindest nahezu vollständig entlang einer Kreisbahn verläuft, wobei die Kreisbahn umlaufend um eine Drehachse verläuft und einen zumindest nahezu identischen Durchmesser zum umlaufend um die Drehachse verlaufenden mindestens einen Seitenkanal aufweist. Auf diese Weise lässt sich eine größtmögliche Überdeckung der Heizpatrone mit einem Seitenkanal herbeiführen, wobei sich die Eisbrücken insbesondere im Bereich der Seitenkanäle bilden und hier die beweglichen Bauteile, insbesondere das Verdichterrad, des Seitenkanals schädigen kann. Somit kann die Wärmeenergie zum Abtauen und/oder Eliminieren der Eisbrücken gezielt nur in den Bereich des Seitenkanalverdichters eingebracht werden, in dem die Eisbrücken auch auftreten. Der größtmögliche restliche Bereich und/oder das größtmögliche restliche Volumen des Seitenkanalverdichters, welcher/welches nicht erwärmt werden sollte, wird nur geringstmöglich mit Wärmeenergie beaufschlagt, so dass Verlustwärme und/oder Verlustenergie zumindest nahezu vollständig reduziert werden kann. Somit kann der Wirkungsgrad des Seitenkanalverdichters und oder des Heizelements verbessert und/oder erhöht werden.According to an advantageous embodiment of the side channel compressor, the at least one heating cartridge is cylindrical and runs at least almost completely along a circular path, the circular path running around an axis of rotation and having a diameter that is at least almost identical to the at least one side channel running around the axis of rotation. In this way, the greatest possible coverage of the heating cartridge with a side channel can be brought about, with the ice bridges forming in particular in the area of the side channels and damaging the moving components here, in particular the compressor wheel, of the side channel. The thermal energy for defrosting and/or eliminating the ice bridges can thus be introduced in a targeted manner only into the area of the side channel compressor in which the ice bridges also occur. The greatest possible remaining area and/or the greatest possible remaining volume of the side channel compressor, which/which should not be heated, is subjected to only the least possible amount of thermal energy, so that heat loss and/or energy loss can be at least almost completely reduced. Thus, the efficiency of the side channel compressor and/or the heating element can be improved and/or increased.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung weist das Gehäuse eine erste Bohrung und eine zweite Bohrung auf, insbesondere im Gehäuse-Unterteil, wobei das erste Heizelement in der ersten Bohrung und sich das zweite Heizelement in der zweiten Bohrung befindet. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass sich das erste Heizelement und das zweite Heizelement mit einem größtmöglichen Anteil Ihrer Oberfläche in Überdeckung mit dem jeweiligen Seitenkanal befinden und somit eine schnelle Übertragung der Wärmeenergie aus dem Heizelement in den Bereich der auftretenden Eisbrücken im Bereich des jeweiligen Seitenkanals erfolgt. Somit können die Eisbrücken während einer Kaltstartprozedur des Seitenkanalverdichters schnell behoben werden, während möglichst wenig Wärmeenergie verloren geht, beispielsweise indem Bereich des Seitenkanalverdichters erwärmt werden, in denen gar keine Eisbrücken auftreten. Somit kann der Wirkungsgrad des Seitenkanalverdichters und/oder des Heizelements verbessert werden. Zudem kann auf diese Weise eine kompakte Bauweise des Heizelements und/oder des Seitenkanalverdichters beibehalten oder herbeigeführt werden kann.According to a particularly advantageous development, the housing has a first bore and a second bore, in particular in the lower part of the housing, with the first heating element being in the first bore and the second heating element being in the second bore. In this way, the advantage can be achieved that the first heating element and the second heating element are located with the largest possible portion of their surface in overlap with the respective side channel and thus a rapid transfer of thermal energy from the heating element in the area of the ice bridges occurring in the area of the respective side channel. The ice bridges can thus be eliminated quickly during a cold start procedure of the side channel compressor, while as little thermal energy as possible is lost, for example by heating up areas of the side channel compressor in which no ice bridges occur at all. The efficiency of the side channel compressor and/or the heating element can thus be improved. In addition, in this way a compact design of the heating element and/or the side channel compressor can be maintained or brought about.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung befindet sich jeweils eine wärmeleitende Hülse in der jeweiligen Bohrung, in die das jeweilige Heizelement eingeschoben wird, befindet, wobei die jeweilige Hülse das jeweilige Heizelement zumindest nahezu vollständig umschließt und/oder wobei die jeweilige Hülse zumindest nahezu vollständig entlang einer ersten oder zweiten Längsachse verläuft. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass eine verbesserte Abgabe der Wärmeenergie von dem jeweiligen Heizelement an das Gehäuse umgesetzt werden kann, da die wärmeleitenden Hülse beispielsweise durch die geometrischen Ausformungen der Hülse eine vergrößerte Oberfläche im Gehäuse und/oder eine Vergrößerung der Kontaktfläche, insbesondere aufgrund der geometrischen Ausformung der Hülse im Bereich der Kontaktflächen mit dem Gehäuse, zwischen der wärmeleitenden Hülse und dem Gehäuse umsetzt, verglichen mit der Kontaktfläche zwischen dem Heizelement und dem Gehäuse. Somit lässt sich einen schnelle Übertragung der Heizenergie zwischen dem Heizelement und dem Gehäuse über die wärmeleitende Hülse hin zu den Bereichen im Seitenkanalverdichter, in denen sich Eisbrücken gebildet haben. Des Weiteren kann der Vorteil erzielt werden, dass die Montageeigenschaften der Heizelemente verbessert werden können, da sich das mindestens eine Heizelement, beispielsweise aufgrund einer geringen Oberflächenrauhigkeit der innenliegenden Oberfläche der wärmeleitenden Hülse, schnell in diese Einschieben lässt. Damit können die Montagekosten und/oder Demontagekosten reduziert werden, wodurch sich die Fertigungskosten und/oder die Instandhaltungskosten des Seitenkanalverdichters reduzieren lassen.According to an advantageous development, there is a heat-conducting sleeve in the respective bore into which the respective heating element is inserted, with the respective sleeve at least almost completely enclosing the respective heating element and/or with the respective sleeve being at least almost completely along a first or second longitudinal axis. In this way, the advantage can be achieved that an improved transfer of thermal energy from the respective heating element to the housing can be implemented, since the heat-conducting sleeve, for example due to the geometric shapes of the sleeve, has an enlarged surface in the housing and/or an enlarged contact surface, in particular due to the geometric shape of the sleeve in the region of the contact surfaces with the housing, between the heat-conducting sleeve and the housing, compared to the contact surface between the heating element and the housing. In this way, the heat energy can be quickly transferred between the heating element and the housing via the heat-conducting sleeve to the areas in the side channel compressor in which ice bridges have formed. Furthermore, the advantage can be achieved that the assembly properties of the heating elements can be improved since the at least one heating element can be quickly inserted into the heat-conducting sleeve, for example due to a low surface roughness of the inner surface thereof. The assembly costs and/or disassembly costs can thus be reduced, as a result of which the manufacturing costs and/or the maintenance costs of the side channel compressor can be reduced.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not limited to the exemplary embodiments described here and the aspects highlighted therein. Rather, within the range specified by the claims, a large number of modifications are possible, which are within the scope of expert action.
Figurenlistecharacter list
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.The invention is described in more detail below with reference to the drawing.
Es zeigt:
-
1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Seitenkanalverdichters, -
2 eine perspektivische Darstellung des Seitenkanalverdichters gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, -
3 eine Draufsicht des Seitenkanalverdichters gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
-
1 a schematic sectional view of a side channel compressor according to the invention, -
2 a perspective view of the side channel compressor according to a first embodiment, -
3 a plan view of the side channel compressor according to a second embodiment.
Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment
Der Darstellung gemäß
Der Seitenkanalverdichter 1 weist dabei ein Verdichterrad 2 auf, das insbesondere als geschlossenes scheibenartiges Verdichterrad 2 ausgebildet ist und um die horizontal verlaufenden Drehachse 4 drehbar in einem Gehäuse 3 gelagert ist. Dabei dient ein Antrieb 6, insbesondere ein elektrischer Antrieb 6, als Drehantrieb 6 des Verdichterrads 2. Der Antrieb 6 kann dabei gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel als ein radialer Innenläufer-Elektromotor 6 ausgeführt sein oder gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel als ein Axialfeld-Elektromotor 6 ausgeführt sein. Weiterhin kann der Antrieb 6 mehrere Kühlrippen aufweisen. Das Gehäuse 3 umfasst ein Gehäuse-Oberteil 7 und ein Gehäuse-Unterteil 8, die miteinander verbunden sind. Zwischen den beiden Gehäuse-Teilen 7,8 kann sich ein um die Drehachse 4 umlaufendes Dichtelement befinden, welches eine Kapselung eines Verdichterraums 30 des Seitenkanalverdichters 1 bewirkt, insbesondere gegen Kontamination oder Feuchtigkeit von außen. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist das Verdichterrad 2 drehfest auf einer Antriebswelle 9 angeordnet und wird vom Gehäuse-Oberteil 7 und dem Gehäuse-Unterteil 8 umschlossen.The side channel compressor 1 has a compressor wheel 2 which is designed in particular as a closed disk-like compressor wheel 2 and is mounted in a
Dabei weist das Verdichterrad 2 eine innere Verdichterrad-Nabe 10 auf, wobei die Verdichterrad-Nabe 10 eine Aussparung aufweist, durch die die Antriebswelle 9 gesteckt ist und wobei die Verdichterrad-Nabe 10 insbesondere mittels eines Pressverbands mit der Antriebswelle 9 verbunden ist. Die Verdichterrad-Nabe 10 ist zudem umlaufend auf der der Drehachse 4 abgewandten Seite durch einen Naben-Fuß 12 begrenzt. Vom Naben-Fuß 12 nach außen von der Drehachse 4 weg bildet das Verdichterrad 2 eine umlaufende kreisförmige Naben-Scheibe 13 aus. Des Weiteren bildet das Verdichterrad 2 eine sich außenseitig an die Naben-Scheibe 13 anschließende mindestens eine Förderzelle 28 aus. Diese mindestens eine Förderzelle 28 des Verdichterrads 2 verläuft umlaufend um die Drehachse 4 in dem umlaufenden Verdichterraum 30 des Gehäuses 3. Weiterhin ist in
Des Weiteren weist das Gehäuse 3, insbesondere das Gehäuse-Oberteil 7 und/oder das Gehäuse-Unterteil 8, im Bereich des Verdichterraums 30 mindestens einen umlaufenden Seitenkanal 19, 21 auf. Dabei verläuft der mindestens eine Seitenkanal 19, 21 derart im Gehäuse 3 in Richtung der Drehachse 4, dass dieser axial zur Förderzelle 28 einseitig oder beidseitig verläuft. Der mindestens eine Seitenkanal 19, 21 kann dabei zumindest in einem Teilbereich des Gehäuses 3 umlaufend um die Drehachse 4 verlaufen, wobei in dem Teilbereich, in dem der mindestens eine Seitenkanal 19, 21 im Gehäuse 3 nicht ausgebildet ist, ein Unterbrecher-Bereich 15 im Gehäuse 3 ausgebildet ist.Furthermore, the
Dabei ist die Antriebswelle 9 mittels mindestens eines Lagers 27, bei dem es sich um Wälzlager 27 handeln kann, insbesondere um Kugellager 27, im Gehäuse 3 gelagert. Der Antrieb 6 kann mit dem Gehäuse 3 des Seitenkanalverdichters 1 verbunden sein, insbesondere mit dem Gehäuse-Oberteil 7, indem der Antrieb 6 mit mindestens einer Stirnfläche an einer Stirnfläche des Gehäuses 3 axial zur Drehachse 4 anliegt.The
Weiterhin bildet das Gehäuse 3, insbesondere das Gehäuse-Unterteil 8, eine Gas-Einlassöffnung 14 und eine Gas-Auslassöffnung 16 aus. Dabei sind die Gas-Einlassöffnung 14 und die Gas-Auslassöffnung 16, insbesondere über den mindestens einen Seitenkanal 19, 21 fluidisch miteinander verbunden. Dabei erhöht sich mit fortschreitendem Umlauf von der Gas-Einlassöffnung 14 zur Gas-Auslassöffnung 16 in Drehrichtung des Verdichterrads 2 die Verdichtung und/oder der Druck und/oder die Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Mediums in der Förderzelle 28, insbesondere in den Förderzellen 28 des Verdichterrads 2 und in den Seitenkanälen 19. Dabei wird das gasförmige Medium nach erfolgtem Durchlauf durch die Gas-Auslassöffnung 16 des Seitenkanalverdichters 1 abgeleitet und strömt in einer Ausströmrichtung, insbesondere in Richtung einer Strahlpumpe eines Brennstoffzellensystems 37, aus. Durch den Unterbrecher-Bereich 15 wird eine Trennung einer Druckseite und einer Saugseite bewirkt, wobei sich die Saugseite im Bereich der Gas-Einlassöffnung 14 befindet und die Druckseite im Bereich der Gas-Auslassöffnung 16 befindet. Die Gas-Auslassöffnung 16 kann sich dabei an einer der Drehachse 4 abgewandten Stirnseite des Gehäuses 3 befinden oder an einer einer Symmetrieachse 48 abgewandten Stirnseite des Gehäuses 3, an dem sich auch die Gas-Einlassöffnung 14 befindet. Zudem ist eine Bezugsachse 47 gezeigt, die orthogonal zur Drehachse 4 verläuft und zudem parallel zur Symmetrieachse 48.Furthermore, the
Vom Antrieb 6 wird ein Drehmoment über die Verdichterrad-Nabe 10 auf das Verdichterrad 2 übertragen. Dabei wird das Verdichterrad 2 in Rotationsbewegung versetzt und die wenigstens eine Förderzelle 28 bewegt sich in einer Rotationsbewegung umlaufend um die Drehachse 4 durch den Verdichterraum 30 im Gehäuse 3 in Richtung einer Drehrichtung. Dabei wird ein schon im Verdichterraum 30 befindliches gasförmiges Medium durch die Förderzelle 28 mitbewegt und dabei gefördert und/oder verdichtet. Zudem findet eine Bewegung des gasförmigen Mediums, insbesondere ein Strömungsaustausch, zwischen der Förderzelle 28 und dem mindestens einen Seitenkanal 19, 21 statt. Dabei ist es für die Förderwirkung entscheidend, dass sich im Betrieb eine Zirkulationsströmung 26 innerhalb des jeweiligen Seitenkanals 19, 21 ausbilden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass die Seitenkanäle 19, 21 mittels der Flächenpaarungen im Bereich eines jeweiligen inneren Axialspalts 38 und eines äußeren Axialspalts 40 pneumatisch voneinander getrennt sind. Die Bereiche in denen das Verdichterrad 2 und das Gehäuse 3, insbesondere das Gehäuse-Oberteil 7 und das Gehäuse-Unterteil 8 einen Spalt, insbesondere einen Bereich mit einem geringen Spaltmaß ausbilden, ist der Bereich des inneren und äußeren Axialspalts 38, 40, die durch das Verdichterrad 2 und einer ersten Anlagefläche 23 und/oder einer zweiten Anlagefläche 25 des Gehäuses 3 ausgebildet wird, insbesondere mittels einer Flächenpaarung zwischen dem Gehäuse 3 und/oder dem Verdichterrad 2. Dabei weisen die erwähnten Flächenpaarungen in der Regel ein möglichst geringes Spiel zueinander auf. Des Weiteren strömt das gasförmige Medium, bei dem es sich insbesondere um ein unverbrauchtes Rezirkulationsmedium aus dem Brennstoffzellensystem 37, insbesondere eine Brennstoffzelle, handelt, über die Gas-Einlassöffnung 14 in den Verdichterraum 30 des Seitenkanalverdichters 1 ein und/oder wird dem Seitenkanalverdichter 1 zugeführt und/oder wird aus dem Bereich, der der Gas-Einlassöffnung 14 vorgelagert ist, angesaugt. Dabei wird das gasförmige Medium nach erfolgtem Durchlauf durch die Gas-Auslassöffnung 16 des Seitenkanalverdichters 1 abgeleitet und strömt zurück in das Brennstoffzellensystem 37. Des Weiteren ist die Symmetrieachse 48 gezeigt, die orthogonal zur Drehachse 4 und symmetrisch mittig durch die Schnittgeometrie des Verdichterrads 2 verläuft.A torque is transmitted from the drive 6 to the compressor wheel 2 via the
Des Weiteren ist in
In
Zudem ist in
In
In dem gezeigten ersten Ausführungsbeispiel des Seitenkanalverdichters 1 befinden sich ein erstes Heizelement 18 in einer ersten Bohrung 42 und ein zweites Heizelement 20 befindet sich in einer zweiten Bohrung 44. Dabei sind die Heizelemente 18, 20 als Heizpatronen 18, 20 ausgeführt, wobei die jeweilige Heizpatrone 18, 20 zylindrisch ausgeführt ist. Die erste Heizpatrone 18 verläuft dabei zumindest nahezu vollständig entlang einer ersten Längsachse 49. Die zweite Heizpatrone 20 verläuft dabei zumindest nahezu vollständig entlang einer zweiten Längsachse 51. Dabei verläuft die Bezugsachse 47 durch oder zumindest parallel zum jeweiligen Heizelement 18, 20 und/oder der jeweiligen Bohrung 42, 44 und/oder zur jeweiligen Längsachse 49, 51.In the first exemplary embodiment of the side channel compressor 1 shown, a
Des Weiteren ist gezeigt, dass die Bezugsachse 47, die orthogonal zur Drehachse 4 verläuft, durch einen Bereich 54 des Gehäuses 3 verläuft, in dem sich die Gas-Einlassöffnung 14 und die Gas-Auslassöffnung 16 befinden. Dieser Bereich 54 umfasst zumindest nahezu ein Viertel des Gehäuses 3 und grenzt an seinem Eckpunkt an die Drehachse 4. Die Bezugsachse 47 verläuft dabei zumindest nahezu durch zwei Kanten des Gehäuses 3. Zudem wird in
In
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102010035039 A1 [0003, 0004]DE 102010035039 A1 [0003, 0004]
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