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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fördereinrichtung für ein Brennstoffzellen-System zur Förderung und/oder Rezirkulation eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, das insbesondere zur Anwendung in Fahrzeugen mit einem Brennstoffzellenantrieb vorgesehen ist.
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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 Tank, insbesondere einem Hochdrucktank, entnommen und über eine Zuströmleitung eines Mitteldruckleitungssystem an die Fördereinrichtung geleitet. Diese Fördereinrichtung führt das Gas über eine Verbindungsleitung eines Niederdruckleitungssystems zu einer Brennstoffzelle.
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Aus der
DE 10 2017 222 390 A1 ist eine Fördereinrichtung für ein Brennstoffzellen-System zur Förderung und/oder Rezirkulation eines gasförmigen Mediums bekannt, insbesondere Wasserstoff, mit einem Seitenkanalverdichter, mit einer von einem Treibstrahl eines unter Druck stehenden gasförmigen Mediums angetriebenen Strahlpumpe und mit einem Dosierventil. Dabei wird das unter Druck stehende gasförmigen Medium der Strahlpumpe mittels des Dosierventils zugeführt wird, wobei ein Anodenausgang der Brennstoffzelle mit einem Eingang der Fördereinrichtung fluidisch verbunden ist und wobei ein Ausgang der Fördereinrichtung mit einem Anodeneingang der Brennstoffzelle fluidisch verbunden ist,
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Die aus der
DE 10 2017 222 390 A1 bekannten Fördereinrichtung bekannte Brennstoffzellen-System kann jeweils gewisse Nachteile aufweisen. Dabei sind die Komponenten der Fördereinrichtung, insbesondere der Seitenkanalverdichter, das HGI und die Strahlpumpe zumindest teilweise mittels fluidischer Verbindungen in Form von Rohrleitungen und gegebenenfalls einer zusätzlichen Verteilerplatte mit innenliegenden Kanälen miteinander und/oder mit der Brennstoffzelle und/oder mit weiteren Komponenten der Fördereinrichtung verbunden. Dabei liegen die Komponenten zumindest teilweise als separate Baugruppen vor, die mittels Rohrleitungen miteinander verbunden sind. Dabei entstehen zum einen viele Strömungsumlenkungen und somit Strömungsverluste. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Fördereinrichtung reduziert.
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Zum anderen entsteht durch das Anordnen der Komponenten Dosierventil und/oder Strahlpumpe und/oder Seitenkanalverdichter als separate Baugruppen der Nachteil, dass diese insgesamt eine große Oberfläche im Bezug zum Bauraum und/oder geometrischen Volumen ausbilden. Dadurch wird ein schnelles Auskühlen begünstigt, insbesondere bei langen Standzeiten des Gesamtfahrzeugs, was zu einer erhöhten Bildung von Eisbrücken und somit einer erhöhten Schädigung der Bauteile und/oder des gesamten Brennstoffzellen-Systems führen kann, was wiederum zu einer verringerten Zuverlässigkeit und/oder Lebensdauer der Fördereinrichtung und/oder des Brennstoffzellen-Systems führen kann. Ein weiterer Nachteil ist zudem eine schlechte Kaltstarteigenschaft der Bauteile Dosierventil und/oder Strahlpumpe und/oder Rezirkulationsgebläse und/oder des Brennstoffzellen-Systems und/oder des Gesamtfahrzeugs, da Heizenergie und/oder Wärmeenergie jeweils einzeln in die Bauteile Rezirkulationsgebläse und/oder Strahlpumpe und/oder Dosierventil eingebracht werden muss, wobei die Bauteile voneinander entfernt angeordnet sind und somit jedes Bauteil separat aufgeheizt werden muss, insbesondere bei Temperaturen unter 0° Celsius, um mögliche Eisbrücken zu eliminieren.
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Des Weiteren muss für die Komponenten Rezirkulationsgebläse, Strahlpumpe und Dosierventil jeweils ein eigenes Gehäuse vorgesehen werden, was zu hohen Herstellkosten und/oder Materialkosten führt.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine Fördereinrichtung für ein Brennstoffzellen-System vorgeschlagen, zur Förderung und/oder Rezirkulation eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, wobei der Wasserstoff im Folgenden als H2 bezeichnet wird. Dabei wird die Fördereinrichtung mittels eines Dosierventils mit einem Treibstrahl eines unter Druck stehenden gasförmigen Mediums zumindest teilweise angetrieben, wobei das unter Druck stehende gasförmigen Medium der Fördereinrichtung mittels des Dosierventils zugeführt wird, wobei das Rezirkulationsgebläse mindestens ein Laufrad aufweist, das jeweils drehbar um eine Drehachse angeordnet ist. Dabei ist ein Anodenausgang einer Brennstoffzelle mit einem Eingang der Fördereinrichtung fluidisch verbunden. Des Weiteren ist ein Ausgang der Fördereinrichtung mit einem Anodeneingang der Brennstoffzelle fluidisch verbunden. Die Fördereinrichtung kann dabei einen Seitenkanalverdichter aufweisen.
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Bezugnehmend auf Anspruch 1 wird eine Fördereinrichtung vorgeschlagen, bei der das mindestens eine Laufrad an seinem Umfang im Bereich eines Verdichterraums angeordnete erste Schaufelblätter und/oder zweite Schaufelblätter aufweist, wobei das mindestens eine Laufrad über die jeweiligen Schaufelblätter von dem Treibstrahl des Dosierventils zumindest mittelbar angetrieben wird
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Auf diese Weise kann der Wirkungsgrad des Förderaggregats verbessert werden, da ein effizientes Antreiben des mindestens einen Laufrads über die an dem Umfang vorhandenen Schaufelblätter mittels des Treibstrahls des Dosierventils herbeigeführt wird. Dabei prallt das unter hohem Druck und mit einer hohen Geschwindigkeit stehende Treibmedium in Form des Treibstrahls auf die Oberfläche der Schaufelblätter und bewirkt, insbesondere mittels einer Impulsübertragung und/oder eines Strömungseffekts, dass eine Kraft auf das jeweilige Laufrad ausgeübt wird und aufgrund des Hebelarms das Laufrad in Bewegung versetzt wird und/oder in Bewegung gehalten wird. Weiterhin kann der Vorteil erzielt werden, dass die Fördereinrichtung und/oder das Rezirkulationsgebläse und/oder ein Antriebsmotor mittels des frisch einströmenden Treibmediums, welches insbesondere aus einem Tank, insbesondere einem Hochdrucktank, kommt, gekühlt werden kann. Zudem können die Produktkosten der Fördereinrichtung reduziert werden, da die Verwendung eines zusätzlichen Kühlelement-Bauteils nun nicht mehr benötigt wird.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Fördereinrichtung möglich. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Fördereinrichtung wird das mindestens eine Laufrad, insbesondere je nach Betriebszustand der Brennstoffzelle, entweder von dem Antriebsmotor angetrieben oder zumindest mittelbar vom Treibstrahl des Dosierventil angetrieben. Alternativ kann das mindestens eine Laufrad auch von den Elementen Antriebsmotor oder Treibstrahl des Dosierventils gleichzeitig angetrieben werden. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass das Bauteil einer Strahlpumpe als separates Bauteil nicht mehr benötigt wird, wodurch die Komplexität des Brennstoffzellensystems reduziert werden kann und/oder die Gesamtkosten des Brennstoffzellensystems reduziert werden können. Zudem wird im Gesamtfahrzeug weniger Bauraum für das Brennstoffsystem benötigt wodurch eine kompaktere Bauform des Brennstoffzellensystems erreicht werden kann.
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Zudem kann der Antriebsmotor des Rezirkulationsgebläses bei hohen Lastpunkten des Rezirkulationsgebläses und/oder der Brennstoffzelle und/oder des Brennstoffzellensystems durch die Wirkung des Treibstrahls des Dosierventils unterstützt werden, wodurch der Antriebsmotor und/oder das mindestens eine Laufrad kompakter ausgeführt werden kann, wodurch der benötigte Bauraum und die Kosten der gesamten Fördereinrichtung reduziert werden können.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Fördereinrichtung und/oder das Rezirkulationsgebläse ein erstes Laufrad mit ersten Schaufelblättern und eine zweites Laufrad mit zweiten Schaufelblättern auf. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass der Seitenkanalverdichter und/oder das Förderaggregat in einer kompakten Bauweise realisiert werden können, wodurch der benötigte Bauraum für den Seitenkanalverdichter und/oder das Förderaggregat und/oder das Brennstoffzellensystem im Gesamtfahrzeug reduziert werden kann. Dies gilt insbesondere für den Bauraum, der aufgrund eines reduzierten Durchmessers des Laufrads verringert werden kann.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Fördereinrichtung sind das erste Laufrad und das zweite Laufrad scheibenförmig umlaufend um die Drehachse ausgebildet. Dabei ist sich das erste Laufrad in Richtung der Drehachse neben dem zweiten Laufrad angeordnet. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass der Seitenkanalverdichters und/oder das Förderaggregat in einer kompakten Bauweise realisiert werden können, wodurch der benötigte Bauraum für den Seitenkanalverdichter und/oder das Förderaggregat und/oder das Brennstoffzellensystem im Gesamtfahrzeug reduziert werden kann.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Fördereinrichtung weist das erste Laufrad einen größeren Durchmesser als das zweite Laufrad auf. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass das Antriebsmoment und/oder die Antriebsgeschwindigkeit des Antriebsmotors eine höhere Förderleistung für das Rezirkulat bewirkt, da durch einen größeren Durchmesser des zweiten Laufrads eine höhere Kraft auf das Rezirkulat übertragen werden kann und/oder das Rezirkulat über eine größere Winkelstrecke mitgenommen wird. Somit lässt sich der Wirkungsgrad des Förderaggregats verbessern. Zudem lässt sich somit eine bessere Abstimmung des Antriebs des Rezirkulationsgebläses mittels des Antriebsmotors und des vom Dosierventil eingedüsten Treibstrahls bewirken.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Fördereinrichtung befindet sich das erste Laufrad und das zweite Laufrad mit ihren jeweiligen Schaufelblättern in dem gemeinsamen Verdichterraum mit einem ersten und/oder zweiten Seitenkanal. So kann in einfacher Weise die die Effizienz und die Funktionsweise des Förderaggregats derart verbessert werden, dass sich das aus der Brennstoffzelle kommende Rezirkulat mit dem aus dem Tank kommende Treibmedium im gemeinsamen Verdichterraum und/oder den jeweiligen Seitenkanal der Fördereinrichtung optimal vermischen kann und zusätzlich ein Impulsübertrag vom Treibmedium auf das Rezirkulat, zumindest teilweise mittelbar über das Laufrad, erfolgen kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Fördereinrichtung weisen die ersten Schaufelblätter jeweils eine symmetrische V-förmige Kontur auf, wobei die symmetrische V-förmige Kontur in Richtung der Drehachse verläuft und wobei die geöffnete Seite der symmetrischen V-förmigen Kontur der ersten Schaufelblätter in einer Drehrichtung des ersten Laufrads gerichtet ist. Auf diese Weise kann der erzielbare Förderdruck erhöht werden und der strömungstechnische Wirkungsgrad des jeweiligen Laufrades im Bereich einer Förderzelle kann durch die V-förmige Kontur verbessert werden, wodurch der Gesamtwirkungsgrad des Seitenkanalverdichters erhöht werden kann. Dies ist dadurch möglich, dass aufgrund der im Bereich der mindestens einen Öffnung der Förderzelle das Ende oder die Enden der Schaufelblätter in der Drehrichtung nach vorne geneigt und/oder vorauseilend angeordnet sind. Dadurch lässt sich eine verbessertes Strömungsverhältnis erzielen, da auf diese Weise ein zu den Schaufelblättern etwa paralleles Einströmen des geförderten gasförmigen Mediums in die Förderzelle erreicht werden kann, was strömungstechnische Vorteile bietet. Des Weiteren kann ein verbesserter Zirkulationsströmungsverlauf durch eine derartige V-förmige Kontur der Schaufelblätter erreicht werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Fördereinrichtung weisen die zweiten Schaufelblätter eine symmetrische V-förmige Kontur aufweisen, wobei die symmetrische V-förmige Kontur in Richtung der Drehachse verläuft und wobei die geöffnete Seite der symmetrischen V-förmigen Kontur der zweiten Schaufelblätter entgegen der Drehrichtung des zweiten Laufrads gerichtet ist. Auf diese Weise kann der erzielbare Förderdruck erhöht werden und der strömungstechnische Wirkungsgrad des Laufrades im Bereich der Förderzelle kann durch die V-förmige Kontur verbessert werden, wodurch der Gesamtwirkungsgrad des Seitenkanalverdichters erhöht werden kann. Dies ist dadurch möglich, dass aufgrund der im Bereich der mindestens einen Öffnung der Förderzelle das Ende oder die Enden der Schaufelblätter in der Drehrichtung nach vorne geneigt und/oder vorauseilend angeordnet sind. Dadurch lässt sich ein verbessertes Strömungsverhältnis erzielen, da durch dieses zu den Schaufelblättern etwa paralleles Einströmen des geförderten gasförmigen Mediums in die Förderzelle erreicht werden kann, was strömungstechnische Vorteile bietet. Des Weiteren kann ein verbesserter Zirkulationsströmungsverlauf durch eine derartige V-förmige Kontur der Schaufelblätter erreicht werden.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Fördereinrichtung strömt der Treibstrahl des Dosierventils in die geöffnete Seite der symmetrischen V-förmigen Kontur der zweiten Schaufelblätter ein, insbesondere beim geöffneten Dosierventil. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass ein Großteil der Druckenergie und kinetischen Energie des über das Dosierventil eingedüsten Treibstrahls in eine Rotationsenergie des jeweiligen Schaufelblatts umgewandelt werden kann, insbesondere mit nahezu keinen oder nur minimalen Verlusten
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung befindet sich ein Heizelement in einem Gehäuse, insbesondere in einem Gehäuse-Unterteil, der Fördereinrichtung. Dabei befindet sich das Heizelement im Innenraum des Gehäuses und/oder an einer Oberfläche des Gehäuses. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass bei einer Kaltstartprozedur des Gesamtfahrzeugs, bei dem die Umgebungstemperaturen insbesondere unter 0°C liegen, vorhandene Eisbrücken in den Strömungskonturen des Förderaggregats und/oder des Rezirkulationsgebläses, die insbesondere zwischen den beweglichen und unbeweglichen Bauteilen bestehen, mittels beispielsweise einer Bestromung und/oder Versorgung des Heizelements mit Energie diese Eisbrücken abgebaut werden. Dabei erhitzt sich das Heizelement mittels der eingebrachten Energie und überträgt diese Energie in Form von Wärmeenergie auf das Gehäuse und von dort auf die Eisbrücken, die insbesondere abschmelzen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Dosierventil einen innenliegenden Kanal und eine Düse auf. Dabei grenzt der Kanal und die Düse direkt an den Verdichterraum an. Auf diese Weise kann eine Verbindung beispielsweise mittels Rohrleitungen vom Kanal oder der Düse zum Verdichterraum eingespart und vermieden werden, wodurch möglichst wenig Strömungsenergie durch Reibungsverluste mit den nicht vorhandenen Rohrleitungen vermieden werden. Somit kann zum einen der Wirkungsgrad der Fördereinrichtung verbessert werden. Zum anderen kann eine kompakte Bauweise der Fördereinrichtung herbeigeführt werden, da das Dosierventil und/oder der Kanal und/oder die Düse im Rezirkulationsgebläse positioniert und somit integriert werden können.
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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.
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Figurenliste
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
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Es zeigt:
- 1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Fördereinrichtung mit einem Rezirkulationsgebläse,
- 2 eine schematische Schnittansicht eines Teils eines Seitenkanalverdichters gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit einem ersten Laufrad und einem Antriebsmotor,
- 3 eine in 1 mit A-A bezeichnete Schnittansicht der Fördereinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 4 eine schematische Schnittansicht eines Teils des Rezirkulationsgebläses gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit einem ersten Laufrad, einem zweiten Laufrad und dem Antriebsmotor,
- 5 eine in 1 mit A-A bezeichnete Schnittansicht der Fördereinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Der Darstellung gemäß 1 ist eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Fördereinrichtung mit einem Seitenkanalverdichter 2 zu entnehmen.
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Dabei ist die Fördereinrichtung 1 geeignet für ein Brennstoffzellen-System 31 zur Förderung und/oder Rezirkulation eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff. Die Fördereinrichtung weist den Seitenkanalverdichter 2 auf, wobei die Fördereinrichtung 1 mittels eines Dosierventils 6 mit einem Treibstrahl 12 (beide gezeigt in 3) eines unter Druck stehenden gasförmigen Mediums zumindest teilweise angetrieben werden kann. Dabei wird das unter Druck stehende gasförmigen Medium der Fördereinrichtung 1 mittels des Dosierventils 6 zugeführt, wobei der Seitenkanalverdichter 2 mindestens ein Laufrad 14, 16 aufweist, das jeweils drehbar um eine Drehachse 4 angeordnet ist. Dabei ist ein Anodenausgang 3 einer Brennstoffzelle 29 mit einer Gas-Einlassöffnung 20 der Fördereinrichtung 1 fluidisch verbunden. Weiterhin ist ein Anodeneingang 5 der Brennstoffzelle 29 mit einer Gas-Auslassöffnung 22 der Fördereinrichtung 1 fluidisch verbunden.
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Dabei dient ein Antrieb 10, insbesondere ein elektrischer Antriebsmotor 10, als Drehantrieb 10 des Laufrades 14, 16 wobei der Antrieb 10 in einer möglichen Ausführungsform der Fördereinrichtung 1 als Axialfeldmotor 10 ausgeführt sein kann. Weiterhin weist die Fördereinrichtung 1 ein Gehäuse 17 auf. Das Gehäuse 17 umfasst ein Gehäuse-Oberteil 7 und ein Gehäuse-Unterteil 8, die miteinander verbunden sind. Weiterhin kann das mindestens eine Laufrad 14, 16 drehfest auf einer Antriebswelle 9 angeordnet sein und wird vom Gehäuse-Oberteil 7 und dem Gehäuse-Unterteil 8 umschlossen. Des Weiteren bildet das jeweilige Laufrad 14, 16 eine sich außenseitig an eine Naben-Scheibe anschließende Förderzelle 28 aus. Diese Förderzellen 28 des jeweiligen Laufrads 14, 16 verlaufen umlaufend um die Drehachse 4 in einem umlaufenden Verdichterraum 30 des Gehäuses 17. Weiterhin ist in 1 im Bereich der Förderzelle 28 die geschnittene Kontur eines jeweiligen Schaufelblattes 11, 13 und oder jeweiligen Schaufelblättern 11, 13 zu sehen. Dieses jeweiligen Schaufelblätter 11, 13 können eine V-förmige Kontur aufweisen, wobei die symmetrische V-förmige Kontur in Richtung der Drehachse 4 verläuft. Des Weiteren wird die jeweilige Förderzelle 28 in Rotationsrichtung des Verdichterrads 2 von zwei jeweiligen Schaufelblättern 11, 13 begrenzt, wobei eine Anzahl von jeweiligen Schaufelblättern 11, 13 umlaufend um die Drehachse 4 am Verdichterrad 2 radial zur Drehachse 4 angeordnet sind.
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Des Weiteren weist das Gehäuse 17, 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 17 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 17 umlaufend um die Drehachse 4 verlaufen, wobei in dem Teilbereich, in dem der mindestens eine Seitenkanal 19, 21 im Gehäuse 17 nicht ausgebildet ist, ein Unterbrecher-Bereich 15 im Gehäuse 17 ausgebildet ist (siehe 3).
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Die Antriebswelle 9 ist axial zur Drehachse 4 zumindest kardanisch mit dem Antrieb 6 verbunden. Zudem befindet sich ein Lager 27 am Außendurchmesser der Antriebswelle 9 axial im Bereich zwischen dem Gehäuse-Unterteil 8 und dem Laufrad 14, 16.
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Weiterhin bildet das Gehäuse 17, insbesondere das Gehäuse-Unterteil 8, die Gas-Einlassöffnung 20 und die Gas-Auslassöffnung 22 aus. Dabei sind die Gas-Einlassöffnung 20 und die Gas-Auslassöffnung 22, insbesondere über den mindestens einen Seitenkanal 19, 21, fluidisch miteinander verbunden.
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Vom Antrieb 6 wird ein Drehmoment über die Antriebswelle 9 auf das Laufrad 14, 16 übertragen. Dabei wird das Verdichterrad 14, 16 in Rotationsbewegung versetzt und die Förderzelle 28 bewegt sich in einer Rotationsbewegung umlaufend um die Drehachse 4 durch den Verdichterraum 30 im Gehäuse 17 in Richtung einer Drehrichtung 24 (siehe 2) des Laufrads 14, 16. 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. Des Weiteren ist der Seitenkanalverdichter 2 über die Gas-Einlassöffnung 20 und die Gas-Auslassöffnung 22 mit dem Brennstoffzellen-System 31 verbunden, wobei das gasförmige Medium, bei dem es sich insbesondere um ein unverbrauchte Rezirkulationsmedium aus der Brennstoffzelle 29 handelt, über die Gas-Einlassöffnung 20 in den Verdichterraum 30 des Seitenkanalverdichters 2 ein und/oder wird dem Seitenkanalverdichter 2 zugeführt und/oder wird aus dem Bereich, der der Gas-Einlassöffnung 20 vorgelagert ist, angesaugt. Dabei wird das gasförmige Medium nach erfolgtem Durchlauf durch die Fördereinrichtung 1 und/oder den Seitenkanalverdichter 2 über die Gas-Auslassöffnung 22 des Seitenkanalverdichters 2 abgeleitet und strömt insbesondere über den Anodenausgang 3 in die Brennstoffzelle 29.
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Zudem ist in 1 gezeigt, dass sich ein Heizelement 26 im Gehäuse 17, insbesondere im Gehäuse-Unterteil 8, der Fördereinrichtung 1 befindet, wobei sich das Heizelement 26 im Innenraum des Gehäuses 17 und/oder an einer Oberfläche des Gehäuses 17 befindet.
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2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Teils des Seitenkanalverdichters 2 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit einem ersten Laufrad 14 und dem Antriebsmotor 10. Die Antriebswelle 9 kann dabei mittels von mindestens eines Lagers 27 gelagert sein. Dabei verlaufen die Antriebswelle 9 und/oder das erste Laufrad 14 und/oder das mindestens eine Lagers 27 und/oder der Antriebsmotors 10 zumindest nahezu rotationssymmetrisch um die Drehachse 4. Das erste Laufrad 14 kann mittels eines Pressverbands auf der Antriebswelle 9 befestigt sein. Das erste Laufrad 14 weist dabei mehrere erste Schaufelblätter 11 auf, die umlaufend um die Drehachse 4 am Verdichterrad 2 angeordnet sind. Die ersten Schaufelblätter 11 befinden sich in dem ersten Seitenkanal 19 und/oder dem zweiten Seitenkanal 21 und/oder dem Verdichterraum 30.
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3 zeigt eine in 1 mit A-A bezeichnete Schnittansicht der Fördereinrichtung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Dabei ist gezeigt, dass das erste Laufrad 14 an seinem Umfang im Bereich des Verdichterraums 30 angeordnete erste Schaufelblätter 11 aufweist, wobei das erste Laufrad 14 über die ersten Schaufelblätter 11 von dem Treibstrahl 12 des Dosierventils 6 zumindest mittelbar angetrieben wird.
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Der Treibstrahl 12 des Dosierventils 6, wobei es sich insbesondere um ein Treibmedium handelt, prallt dabei unter hohem Druck und mit einer hohen Geschwindigkeit in Form des Treibstrahls 12 auf die Oberfläche der ersten Schaufelblätter 11, insbesondere mittels einer Impulsübertragung und/oder eines Strömungseffekts. Dabei wird eine Kraft auf das erste Laufrad 14 ausgeübt und aufgrund des Hebelarms das erste Laufrad 14 in Bewegung versetzt wird und/oder in Bewegung gehalten wird und setzt das erste Laufrad 14 in der Drehrichtung 24 in Bewegung. Der von einem Tank 25, insbesondere einem Hochdrucktank 25, durch das Dosierventil 6 in den Seitenkanalverdichters 2 strömende Wasserstoff, der im Tank 25 einen niedrige Temperatur aufweist, als die Betriebstemperatur des Seitenkanalverdichters 2. Somit kann der einströmende Wasserstoff, bei dem es sich insbesondere um ein Treibmedium handelt, zum Kühlen des Seitenkanalverdichters 2 verwendet werden. Dies verringert die Ausfallwahrscheinlichkeit der Fördereinrichtung 1 aufgrund von Erhitzen durch Übertemperatur.
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Dabei wird das erste Laufrad 14, insbesondere je nach Betriebszustand der Brennstoffzelle 29, entweder von dem Antriebsmotor 10 angetrieben wird oder zumindest mittelbar vom Treibstrahl 12 des Dosierventil 6 angetrieben oder von den Elementen 6, 10, 12 gleichzeitig angetrieben.
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Dabei weist das Dosierventil 6 einen innenliegenden Kanal 18 und eine Düse 32 aufweist, wobei der Kanal 18 und die Düse 32 direkt an den Verdichterraum 30 angrenzen. Dem Kanal 18 wird dabei über das Dosierventil 6 das Treibmedium aus dem Tank 25 zu dosiert werden.
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Dem Verdichterraum 30 wird dabei aus dem Anodenausgang 3 der Brennstoffzelle 29 über die Gas-Einlassöffnung 20 das Rezirkulat zugeführt. Der Seitenkanalverdichter 2 fördert und/oder verdichtet das Rezirkulat im jeweiligen Seitenkanal 19, 21. Von dort gelangt das verdichtete Rezirkulat zur Gas-Auslassöffnung 22 und von dort zurück zur Brennstoffzelle 29, inbesondere über den Anodeneingang 5. Zwischen der Gas-Einlassöffnung 20 und der Gas-Auslassöffnung 22 befindet sich der Unterbrecherbereich 15 um einen Druckabfall und/oder einen Druckausgleich von der Gas-Auslassöffnung 22 zur Gas-Einlassöffnung 20, insbesondere in der Drehrichtung 24, zu verhindern. Dabei verläuft der Unterbrecherbereich 15 zumindest teilweise umlaufend um die Drehachse 4 verläuft und unterbricht den jeweiligen Seitenkanal 19, 21 zumindest fluidisch.
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Zudem weisen die ersten Schaufelblätter 11 eine symmetrische V-förmige Kontur auf, wobei die symmetrische V-förmige Kontur in Richtung der Drehachse 4 verläuft und wobei die geöffnete Seite der symmetrischen V-förmigen Kontur der ersten Schaufelblätter 11 in der Drehrichtung 24 des ersten Laufrads 14 gerichtet sind.
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4 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Teils des Seitenkanalverdichters 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit dem ersten Laufrad 14, einem zweiten Laufrad 16 und dem Antriebsmotor 10. Das erste Laufrad 14 und das zweite Laufrad 16 sind dabei scheibenförmig umlaufend um die Drehachse 4 ausgebildet. Dabei ist das erste Laufrad 14 in Richtung der Drehachse 4 neben dem zweiten Laufrad 16 angeordnet ist. Weiterhin können beide oder jeweils eines der Laufräder 14, 16 drehfest auf der Antriebswelle 9 angeordnet sein, beispielsweise mittels eines Pressverbands, wodurch beide Laufräder 14, 16 zumindest zusätzlich vom Antriebsmotor 10 angetrieben werden können. Dabei weist das erste Laufrad 14 an seinem Außendurchmesser umlaufend um die Drehachse 4 verlaufende erste Schaufelblätter 11 auf. Das zweite Laufrad 16 weist an seinem Außendurchmesser umlaufend um die Drehachse 4 verlaufende zweite Schaufelblätter 13 auf. Die jeweiligen Schaufelblätter 11, 13 bewegen sich dabei bei einer Rotation des jeweiligen Laufrads 14, 16 im Verdichterraum 30 und/oder jeweiligen Seitenkanal 19, 21.
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Zudem ist in 4 gezeigt, dass das erste Laufrad 14 einen größeren Durchmesser als das zweite Laufrad 16 aufweist.
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5 ist in 1 eine mit A-A bezeichnete Schnittansicht der Fördereinrichtung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Dabei weist das erste Laufrad 14 an seinem Umfang im Bereich des Verdichterraums 30 angeordnete erste Schaufelblätter 11 auf. Das zweite Laufrad 16 hingegen weist an seinem Umfang im Bereich des Verdichterraums 30 angeordnete zweite Schaufelblätter 13 auf. Dabei kann das jeweilige Laufrad 14, 16 oder beide Laufräder 14, 16 zugleich über ihre jeweiligen Schaufelblätter 11, 13 von dem Treibstrahl 12 des Dosierventils 6 zumindest mittelbar angetrieben werden.
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Weiterhin ist in 5 gezeigt, dass das Dosierventil 6 den innenliegenden Kanal 18 und die Düse 32 aufweist, wobei der Kanal 18 und die Düse 32 direkt an den Verdichterraum 30 angrenzen. Dabei prallt das unter hohem Druck und mit einer hohen Geschwindigkeit stehende Treibmedium in Form des Treibstrahls 12 auf die Oberfläche der ersten Schaufelblätter 11 oder der zweiten Schaufelblätter 13 und bewirkt, insbesondere mittels einer Impulsübertragung und/oder eines Strömungseffekts, dass eine Kraft auf das jeweilige Laufrad 14, 16 ausgeübt wird und aufgrund des Hebelarms das jeweilige Laufrad 14, 16 in Bewegung versetzt wird und/oder in Bewegung gehalten wird. Dabei strömt der Treibstrahl 12 des Dosierventils 6 in die geöffnete Seite der symmetrischen V-förmigen Kontur der zweiten Schaufelblätter 13 ein, insbesondere beim geöffneten Dosierventil 6. Dabei weisen die zweiten Schaufelblätter 13 eine symmetrische V-förmige Kontur auf, wobei die symmetrische V-förmige Kontur in Richtung der Drehachse 4 verläuft und wobei die geöffnete Seite der symmetrischen V-förmigen Kontur der zweiten Schaufelblätter 14 entgegen der Drehrichtung 24 des zweiten Laufrads 16 gerichtet ist. Somit wird der Treibstrahl 12 des Dosierventils 6 in die geöffnete Seite der symmetrischen V-förmigen Kontur eingedüst, wodurch das zweite Laufrad 16 in der Drehrichtung 24 angetrieben wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017222390 A1 [0003, 0004]
