DE102021200245A1 - Fördereinrichtung für ein Brennstoffzellen-System zur Förderung und/oder Rezirkulation eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff - Google Patents

Fördereinrichtung für ein Brennstoffzellen-System zur Förderung und/oder Rezirkulation eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff Download PDF

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Abstract

Fördereinrichtung (1) für ein Brennstoffzellen-System (31) zur Förderung und/oder Rezirkulation eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, mit einem Seitenkanalverdichter (2), wobei die Fördereinrichtung (1) mittels eines Dosierventils (6) mit einem Treibstrahl (12) eines unter Druck stehenden gasförmigen Mediums zumindest teilweise angetrieben wird, wobei das unter Druck stehende gasförmigen Medium dem Seitenkanalverdichter (2) zumindest mittelbar mittels des Dosierventils (6) zugeführt wird, wobei der Seitenkanalverdichter (2) ein Gehäuse (17) mit einem Gehäuse-Oberteil (7) und einem Gehäuse-Unterteil (8) aufweist, mit einem in dem Gehäuse (17) befindlichen Verdichterraum (30), der einen umlaufenden ersten Seitenkanal (19) aufweist, mit einem in dem Gehäuse (17) befindlichen Laufrad (14) das drehbar um eine Drehachse (23) angeordnet ist, wobei das Laufrad (14) an seinem Umfang im Bereich des Verdichterraums (30) angeordnete Schaufelblätter (11) aufweist und mit jeweils einer am Gehäuse (17) ausgebildeten Gas-Einlassöffnung (14) und einer Gas-Auslassöffnung (16), die über den Verdichterraum (30), insbesondere den mindestens einen ersten Seitenkanal (19), fluidisch miteinander verbunden sind, wobei das Laufrad (14) an seiner der Drehachse (23) abgewandten Seite eine Wandung (13) ausbildet. Erfindungsgemäß weist dabei das Laufrad (14) zumindest eine Öffnung (16) an seiner innenliegenden Wandung (13) auf, über die das Laufrad (14) mittels eines Treibmediums und/oder des Treibstrahls (12) angetrieben wird, insbesondere im Bereich eines zweiten Seitenkanals (21).

Description

  • Stand der Technik
  • 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.
  • 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 Mitteldruckleitungssystem an die Fördereinrichtung geleitet. Diese Fördereinrichtung führt das Gas über eine Verbindungsleitung eines Niederdruckleitungssystems zu einer Brennstoffzelle.
  • 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 einer Brennstoffzelle mit einem Eingang der Fördereinrichtung fluidisch verbunden ist und wobei ein Ausgang der Fördereinrichtung mit einem Anodeneingang der Brennstoffzelle fluidisch verbunden ist,
  • 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.
  • 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 eines 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 Seitenkanalverdichter und/oder des Brennstoffzellen-Systems und/oder des Gesamtfahrzeugs, da Heizenergie und/oder Wärmeenergie jeweils einzeln in die Bauteile Seitenkanalverdichter 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.
  • Des Weiteren muss für die Komponenten Seitenkanalverdichter, Strahlpumpe und Dosierventil jeweils ein eigenes Gehäuse vorgesehen werden, was zu hohen Herstellkosten und/oder Materialkosten führt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vorteile der Erfindung
  • 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 weist die Fördereinrichtung einen Seitenkanalverdichter auf, wobei die Fördereinrichtung mittels eines Dosierventils mit einem Treibstrahl eines unter Druck stehenden gasförmigen Mediums zumindest teilweise angetrieben wird, wobei das unter Druck stehende gasförmigen Medium dem Seitenkanalverdichter zumindest mittelbar mittels des Dosierventils zugeführt wird. Dabei weist der Seitenkanalverdichter ein Gehäuse mit einem Gehäuse-Oberteil und einem Gehäuse-Unterteil auf, mit einem in dem Gehäuse befindlichen Verdichterraum, der einen umlaufenden ersten Seitenkanal aufweist und mit einem in dem Gehäuse befindlichen Laufrad das drehbar um eine Drehachse angeordnet ist. Dabei weist das Laufrad an seinem Umfang im Bereich des Verdichterraums angeordnete Schaufelblätter auf. Die Fördereinrichtung weist dabei jeweils eine am Gehäuse ausgebildete Gas-Einlassöffnung und eine Gas-Auslassöffnung auf, die über den Verdichterraum, insbesondere den mindestens einen ersten Seitenkanal, fluidisch miteinander verbunden sind, wobei das Laufrad an seiner der Drehachse abgewandten Seite eine Wandung ausbildet.
  • Bezugnehmend auf Anspruch 1 ist die Fördereinrichtung derart ausgebildet, dass das Laufrad mindestens eine Öffnung an seiner innenliegenden Wandung aufweist, über die das Laufrad mittels eines Treibmediums und/oder des Treibstrahls angetrieben wird, insbesondere im Bereich eines zweiten Seitenkanals. Auf diese Weise kann der Wirkungsgrad des Förderaggregats verbessert werden, da ein effizientes Antreiben des Laufrads über das Treibmedium und/oder des Treibstrahls, welches aus der Öffnung des Laufrads ausströmt und somit das Laufrad in einer Drehrichtung antreibt. Dabei strömt das, insbesondere unter hohem Druck stehende und mit einer hohen Geschwindigkeit aus der Öffnung strömende, Treibmedium in den Bereich des zweiten Seitenkanals. Dabei wird das Laufrad mittels eines Rückstoßantriebs, wobei der Rückstoß insbesondere durch das aus der mindestens einen Öffnung in den zweiten Seitenkanal strömenden Treibmedium herbeigeführt wird, in eine Rotationsbewegung versetzt.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Fördereinrichtung möglich. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Fördereinrichtung ist das Laufrad mittels eines in die Öffnung mündenden radialen Kanals zumindest mittelbar mit dem Dosierventil und/oder einem Tank fluidisch verbunden, wobei der radiale Kanal eine Bohrung in einem der Öffnung zugewandten Endbereich ausbildet, insbesondere jedoch nur über einen Teil seiner Gesamtlänge. Auf diese Weise kann der Strömungswiderstand und Reibungsverluste des Treibmediums mit den Strömungskanälen reduziert werden mittels einer kürzeren Strömungsverbindung zwischen dem Tank und/oder dem Dosierventil zum Seitenkanalverdichter und/oder Laufrad reduziert werden. Weiterhin kann der Effekt des Rückstoßantriebs erhöht werden, der zum Antreiben des Laufrads genutzt wird, da der Druck und/oder die Geschwindigkeit mit der das Treibmedium und/oder Treibstrahl, insbesondere in den zweiten Seitenkanal, einströmt. Somit lässt sich auf diese Weise der Wirkungsgrad der Fördereinrichtung erhöhen. Weiterhin kann der Vorteil erzielt werden, dass die Fördereinrichtung und/oder der Seitenkanalverdichter und/oder ein Antriebsmotor mittels des frisch einströmenden Treibmediums, welches insbesondere aus dem Tank kommt, gekühlt werden kann. Zudem können die Produktkosten der Fördereinrichtung reduziert werden, da die Verwendung eines zusätzlichen Kühlelement-Bauteils nun nicht mehr benötigt wird.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Fördereinrichtung ist die Bohrung zumindest nahezu gerade und/oder linear verlaufend entlang ihrer Längsachse ausgebildet, wobei die Längsachse in einem Winkel α von zumindest nahezu 0° bis 60° zu einer Tangente, insbesondere der innenliegenden Wandung, verläuft. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass ein Großteil der kinetischen Energie des Treibmediums und/oder der Treibstrahl in eine Rotationsenergie des Laufrads aufgrund des Rückstoßeffekts verwendet werden kann und die Verlustleistung verringert wird. Je kleiner der Winkel α zwischen der Längsachse und der Tangente desto mehr Energie kann für eine Rotationsbeschleunigung des Laufrads verwendet werden, insbesondere indem mittels des Treibstrahls ein Drehmoment auf die Welle und das Laufrad erzeugt wird. Somit kann der Wirkungsgrad der Fördereinrichtung und/oder des Seitenkanalverdichters erhöht werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Fördereinrichtung das Treibmedium in einen zweiten Seitenkanal zudosiert wird und/oder in diesen einströmt, wobei der zweite Seitenkanal vom ersten Seitenkanal zumindest nahezu vollständig fluidisch getrennt ist und/oder nur im Bereich der Gas-Auslassöffnung fluidisch verbunden sind. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass ein Großteil der kinetischen Energie des Treibmediums und des Treibstrahls zum Antreiben des Laufrads verwandt wird und dass diese kinetische Energie nicht zumindest zum Teil aufgrund von Strömungsverlusten und/oder Reibungsverlusten mit einem im ersten Seitenkanal befindlichen Rezirkulat verloren geht. Zudem findet ein mittels eines Druckaustauschs und/oder Impulsaustauschs zwischen dem Treibmedium und des im zweiten Seitenkanals befindlichen Mediums statt, wobei das Treibmedium einen höheren Druck und/oder eine höhere Geschwindigkeit zum im zweiten Seitenkanal befindlichen Mediums aufweist. Somit kann der Wirkungsgrad der Fördereinrichtung und/oder des Seitenkanalverdichters erhöht werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Fördereinrichtung wird das Treibmedium als Treibstrahl mittelbar durch das Dosierventil von einem unter Druck stehenden Tank in den Bereich des zweiten Seitenkanals eingebracht, wobei insbesondere der Seitenkanalverdichter und/oder das Laufrad durch das Dosierventil angetrieben wird. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass das Bauteil einer Strahlpumpe als separates Bauteil nicht mehr benötigt wird, um eine konstante Förderleistung des Förderaggregats bei verschiedenen Betriebszuständen des Brennstoffzellensystems gewährleisten zu können. Dadurch kann die Komplexität des Brennstoffzellensystems reduziert werden und/oder die Gesamtkosten des Brennstoffzellensystems können reduziert werden. Zudem wird im Gesamtfahrzeug weniger Bauraum für das Förderaggregat benötigt wird, wodurch eine kompaktere Bauform des Brennstoffzellensystems erreicht werden kann.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist das Laufrad auf einer Antriebswelle befestigt, wobei die Antriebwelle einen entlang der Drehachse verlaufenden axialen Kanal aufweist, mittels dem der mindestens eine radiale Kanal mit dem Dosierventil und somit zumindest mittelbar mit dem Tank verbunden ist. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass der Seitenkanalverdichters und/oder das Förderaggregat in einer kompakten Bauweise realisiert werden können, wodurch sich der benötigte Bauraum für den Seitenkanalverdichter und/oder das Förderaggregat und/oder das Brennstoffzellensystem im Gesamtfahrzeug reduziert werden kann. Der zugeführte Wasserstoff kann auch dazu genutzt werden, den Antriebsmotor des Seitenkanalverdichters und dessen Elektrik und/oder Elektronik zu kühlen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Fördereinrichtung ist das Laufrad in einem additiven Herstellverfahren, insbesondere durch ein 3D-Druckverfahren, hergestellt. Auf diese Weise kann der radiale Kanal mit einer komplexen schneckenförmigen Geometrie ausgebildet werden, was die Strömungseigenschaften und/oder die Strömungseffizienz des radialen Kanals und/oder des Treibstrahl verbessert. Weiterhin kann das Laufrad und ein jeweiliger Deckel aus einem Bauteil und/oder Material im Zuge eines einzelnen 3D-Druckverfahrens hergestellt werden, so dass die Herstellung und Montage eines separaten Bauteils Deckel entfallen kann, wodurch die Montagekosten und Logistikkosten reduzieren lassen.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Fördereinrichtung wird das Laufrad, insbesondere je nach Betriebszustand der Brennstoffzelle, entweder von dem Antriebsmotor angetrieben wird oder zumindest mittelbar vom Treibstrahl aus dem mindestens einen radialen Kanal angetrieben wird oder von den Elementen gleichzeitig angetrieben wird. Auf diese Weise kann der Antriebsmotor des Seitenkanalverdichters bei hohen Lastpunkten des Seitenkanalverdichters und/oder einer Brennstoffzelle und/oder des Brennstoffzellensystems durch die Wirkung des Treibstrahls des Dosierventils unterstützt werden, wodurch der Antriebsmotor und/oder das Laufrad kompakter ausgeführt werden kann, wodurch der benötigte Bauraum und die Kosten der gesamten Fördereinrichtung reduziert werden können. Zudem kann ein besserer Wirkungsgrad der Fördereinrichtung erzielt werden, da die Fördereinrichtung effizienter bei den unterschiedlichen Betriebszuständen des Brennstoffzellensystems und/oder der Brennstoffzelle arbeiten kann.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Fördereinrichtung verläuft der mindestens eine radiale Kanal orthogonal zur Drehachse. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass ein Großteil der Druckenergie und kinetischen Energie des über das Dosierventil eingedüsten Treibstrahls, insbesondere des Treibmediums, in Rotationsenergie des Laufrads umgewandelt werden kann, wobei die Strömungsverluste des Treibstrahls mit dem zweiten Seitenkanal und/oder des Treibmediums mit dem radialen Kanal verringert werden können. Somit lässt sich der Wirkungsgrad der Fördereinrichtung und/oder des Seitenkanalverdichters erhöhen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Fördereinrichtung verläuft der mindestens eine radiale Kanal in einem Winkel zur Drehachse. Auf diese Weise kann das Einströmverhalten des Treibstrahls und/oder des Treibmediums in den zweiten Seitenkanal verbessert werden, insbesondere wenn der zweite Seitenkanal einen vom ersten Seitenkanal weggeneigten Strömungsquerschnitt aufweist.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Fördereinrichtung die Bohrung als eine Düse ausgeführt ist, deren Durchmesser sich zum zweiten Seitenkanal verjüngt und/oder verkleinert. Auf diese Weise kann die Einströmgeschwindigkeit des Treibmediums aus der Bohrung in den zweiten Seitenkanal erhöht werden, wodurch sich der Wirkungsgrad der Fördereinrichtung und/oder des Seitenkanalverdichters erhöhen lässt
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Fördereinrichtung verläuft der mindestens eine radiale Kanal schneckenförmig vom Inneren des Laufrads zur Wandung verläuft. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass das Treibmedium in einem optimalem Winkel, insbesondere in einem Winkel α von zumindest nahezu 0° bis 60° zu der Tangente, insbesondere der innenliegenden Wandung, in den zweiten Seitenkanal einströmt, wobei bei dieser erfindungsgemäßen Ausführung abrupte und/oder zumindest nahezu rechtwinklige Strömungsumlenkungen vermieden werden können, wodurch sich die Reibungsverluste verringern lassen. Weiterhin das das Treibmedium beim Durchströmen des radialen Kanals länger der Zentrifugalkraft aufgrund des sich drehenden Laufrads ausgesetzt, wobei eine weiter erhöhte Beschleunigung erzielt werden kann, die in einer erhöhten Einströmgeschwindigkeit des Treibmediums in den zweiten Seitenkanal resultiert. Auf diese Weise lässt sich der Wirkungsgrad der Fördereinrichtung und/oder des Seitenkanalverdichters erhöhen.
  • 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.
  • Figurenliste
  • Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
  • Es zeigt:
    • 1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Fördereinrichtung mit einem Rezirkulationsgebläse,
    • 2 eine schematische Schnittansicht eines Teils der Fördereinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit einem Dosierventil und einem Seitenkanalverdichter,
    • 3 eine in 1 mit A-A bezeichnete Schnittansicht der Fördereinrichtung, des Seitenkanalverdichters und eines Laufrads gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
    • 4 eine schematische Schnittansicht eines Teils der Fördereinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit dem Dosierventil und dem Seitenkanalverdichter,
    • 5 eine in 1 mit A-A bezeichnete Schnittansicht der Fördereinrichtung, des Seitenkanalverdichters und des Laufrads gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
    • 6 zeigt einen in 3 und 5 zeigt einen in 3 mit II bezeichneten Ausschnitt des Laufrads, eines zweiten Seitenkanals und einer Bohrung,
    • 7 zeigt einen in 3 und 5 zeigt einen in 3 mit II bezeichneten Ausschnitt des Laufrads, des zweiten Seitenkanals und der Bohrung, wobei die Bohrung als eine Düse ausgebildet.
  • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Der Darstellung gemäß 1 ist eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Fördereinrichtung 1 mit einem Seitenkanalverdichter 2.
  • Der Seitenkanalverdichter 2 weist ein in einem Gehäuse 17 umlaufendes Laufrad 14 auf, das auf einer Antriebswelle 9 befestigt ist und von einem Antriebsmotor 10 in Rotation versetzt wird.
  • Dabei ist in 1 gezeigt, dass die Fördereinrichtung 1 geeignet für ein Brennstoffzellen-System 31 zur Förderung und/oder Rezirkulation eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff. Die Fördereinrichtung 1 weist den Seitenkanalverdichter 2 auf, wobei die Fördereinrichtung 1 mittels eines Dosierventils 6 (gezeigt in 2) mit einem Treibstrahl 12 (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 das Laufrad 14 aufweist, das jeweils drehbar um eine Drehachse 23 angeordnet ist. Dabei ist ein Anodenausgang einer Brennstoffzelle 29 mit einer Gas-Einlassöffnung 20 der Fördereinrichtung 1 fluidisch verbunden. Weiterhin ist ein Anodeneingang der Brennstoffzelle 29 mit einer Gas-Auslassöffnung 22 der Fördereinrichtung 1 fluidisch verbunden.
  • Dabei dient ein elektrischer Antriebsmotor 10 als Drehantrieb 10 des Laufrades 14. Weiterhin weist die Fördereinrichtung 1 das Gehäuse 17 auf. Das Gehäuse 17 umfasst ein Gehäuse-Oberteil 7 und ein Gehäuse-Unterteil 8, die miteinander verbunden sind. Weiterhin kann das Laufrad 14 drehfest auf der Antriebswelle 9 angeordnet sein und wird vom Gehäuse-Oberteil 7 und dem Gehäuse-Unterteil 8 umschlossen. Des Weiteren bildet das jeweilige Laufrad 14 eine sich außenseitig an eine Naben-Scheibe anschließende Förderzelle 28 aus. Diese Förderzellen 28 des Laufrads 14 verlaufen umlaufend um die Drehachse 23 in einem umlaufenden Verdichterraum 30 des Gehäuses 17. Weiterhin ist in 1 im Bereich der Förderzelle 28 die geschnittene Kontur eines jeweiligen Schaufelblattes 11 und/oder jeweiligen Schaufelblättern 11 zu sehen. Dieses jeweiligen Schaufelblätter 11 können eine V-förmige Kontur aufweisen, wobei die symmetrische V-förmige Kontur in Richtung der Drehachse 23 verläuft. Des Weiteren wird die jeweilige Förderzelle 28 in Rotationsrichtung des Laufrads 14 von zwei jeweiligen Schaufelblättern 11 begrenzt, wobei eine Anzahl der Schaufelblätter 11 umlaufend um die Drehachse 23 am Verdichterrad 14 radial zur Drehachse 23 angeordnet sind.
  • Wie in 1 gezeigt 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 23, 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 23 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).
  • Die Antriebswelle 9 ist axial zur Drehachse 23 zumindest kardanisch mit dem Antriebsmotor 10 verbunden. Zudem befindet sich das mindestens eine Lager 27 am Außendurchmesser der Antriebswelle 9 axial im Bereich zwischen dem Gehäuse-Unterteil 8 und dem Laufrad 14.
  • 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.
  • Vom Antriebsmotor 10 wird ein Drehmoment über die Antriebswelle 9 auf das Laufrad 14 übertragen. In einer alternativen Ausführungsform kann der Antriebsmotor 10 als Axialfeldmotor 10 ausgeführt sein, und somit das Laufrad 14 direkt mittels eines Magnetfelds antreiben, ohne dass ein Drehmoment über die Antriebswelle 9 übertragen werden muss. Dabei wird das Verdichterrad 14 in Rotationsbewegung versetzt und die Förderzelle 28 bewegt sich in einer Rotationsbewegung umlaufend um die Drehachse 23 durch den Verdichterraum 30 im Gehäuse 17 in Richtung einer Drehrichtung 24 (siehe 3) des Laufrads 14. 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 in die Brennstoffzelle 29.
  • 2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Teils der Fördereinrichtung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit dem Dosierventil 6, dem Seitenkanalverdichter 2 und dem Antriebsmotor 10.
  • Dabei ist die Fördereinrichtung 1 zur Förderung und/oder Rezirkulation eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, mit dem Seitenkanalverdichter 2 gezeigt. Die Fördereinrichtung 1 wird dabei mittels des Dosierventils 6 mit dem Treibstrahl 12 (gezeigt in 3) eines unter Druck stehenden gasförmigen Mediums zumindest teilweise angetrieben wird, wobei das unter Druck stehende gasförmigen Medium der Fördereinrichtung 1 zumindest mittelbar mittels des Dosierventils 6 zugeführt wird.
  • Weiterhin ist in 2 gezeigt, dass die Antriebswelle 9 mittels mindestens eines Lagers 27 gelagert sein kann, insbesondere im Gehäuse 17 und/oder am Antriebsmotor 10. Dabei verlaufen die Antriebswelle 9 und/oder das Laufrad 14 und/oder das mindestens eine Lagers 27 und/oder der Antriebsmotors 10 zumindest nahezu rotationssymmetrisch um die Drehachse 23. Das Laufrad 14 kann mittels eines Pressverbands auf der Antriebswelle 9 befestigt sein.
  • Dabei wird in 2 gezeigt, dass die Fördereinrichtung 1 den im Gehäuse 17 (gezeigt in 1) befindlichen Verdichterraum 30 aufweist, wobei der Verdichterraum 30 wiederum einen umlaufenden ersten Seitenkanal 19 aufweist. Der Verdichterraum 30 und der erste Seitenkanal 19 verlaufen dabei zumindest annähernd ringförmig um die Drehachse 23. Der Seitenkanalverdichter 2 weist das Laufrad 14 auf, das drehbar um die Drehachse 23 angeordnet ist, wobei das Laufrad 14 an seinem Umfang im Bereich des Verdichterraums 30 angeordnete Schaufelblätter 11 aufweist. Dabei ist das Laufrad 14 mittels mindestens eines in mindestens eine Öffnung 16 mündenden radialen Kanals 3 zumindest mittelbar mit dem Dosierventil 6 und/oder einem Tank 25 fluidisch verbunden. Das Treibmedium wird dabei aus dem radialen Kanal 3 in einen zweiten Seitenkanal 21 zudosiert und/oder strömt in diesen ein, wobei der zweite Seitenkanal 21 vom ersten Seitenkanal 19 zumindest nahezu vollständig fluidisch getrennt ist und/oder nur im Bereich der Gas-Auslassöffnung 22 fluidisch verbunden sind.
  • In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Fördereinrichtung 1 sind die beiden Seitenkanäle 19, 21 nur über einen kleinen Teil, insbesondere von weniger als 50% der in Drehrichtung 24 verlaufenden Strecke des Verdichterraums 30, zumindest nahezu vollständig fluidisch voneinander getrennt. Somit sind die beiden Seitenkanäle 19, 21 im restlichen der Gasauslassöffnung 22 vorgelagerten Verdichterraum 30, fluidisch miteinander verbunden, wobei dies Strecke mindestens 50% der die Drehachse 23 umlaufenden Strecke der Gesamtstrecke des Verdichterraums 30 beträgt. Auf diese Weise kann eine verbesserte Vermischung des Treibmediums mit dem Rezirkulats erfolgen, wobei auf diese Weise insbesondere ein Saugstrahleffekt entsteht indem das Treibmedium mit einer höheren Strömungsgeschwindigkeit auf das Rezirkulat trifft, das mit einer geringeren Strömungsgeschwindigkeit im Verdichterraum 30 strömt. Dabei findet ein Impulsübertrag statt, wodurch ein Saugstrahleffekt entsteht, nicht unähnlich dem Effekt in einer Strahlpumpe.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform der Fördereinrichtung 1 befinden sich im Gehäuse 17 der Fördereinrichtung 1 die Elemente Dosierventil 6 und Seitenkanalverdichter 2 mit dem Antriebsmotor 10, wobei sich insbesondere die Strömungskonturen des Dosierventils 6 und des Seitenkanalverdichters 2 und der Kanäle 3, 5 befinden, die diese beiden Elemente 2, 6 verbinden. Somit werden keine separaten Gehäuse jeweils für die Elemente Seitenkanalverdichter 2 und Dosierventil 6 benötigt, sondern es kann ein gemeinsames Gehäuse 17 für alle Elemente verwendet werden.
  • In 2 ist gezeigt, dass die Antriebwelle 9 einen entlang der Drehachse 23 verlaufenden axialen Kanal 5 aufweist, mittels dem der mindestens eine radiale Kanal 3 mit dem Dosierventil 6 und somit zumindest mittelbar mit dem Tank 25 verbunden ist. Das Treibmedium, welches insbesondere unter einem hohen Druck steht, strömt dabei aus dem Tank 25 in einen innenliegenden Kanal 18 einer Düse 36 ein. Dem innenliegenden Kanal 18 wird dabei über das Dosierventil 6 das Treibmedium aus dem Tank 25 zu dosiert. Vom innenliegenden Kanal 18 strömt das Treibmedium weiter in einer zumindest nahezu parallel zur Drehachse 23 verlaufenden Strömungsrichtung durch den axialen Kanal 5 und von dort weiter in den mindestens einen radialen Kanal 3. Dabei verläuft der mindestens eine radiale Kanal 3 orthogonal zur Drehachse 23. Vom radialen Kanal 3 strömt das Treibmedium über die jeweilige Öffnung 16 in den zweiten Seitenkanal 21. Dabei weist das Laufrad 14 zumindest eine Öffnung 16 an einer innenliegenden Wandung 13 auf, über die das Laufrad 14 mittels des Treibmediums angetrieben wird.
  • 2 zeigt zudem, dass das Laufrad 14 einen separaten Deckel 26, der insbesondere als eine Scheibe 26 ausgebildet ist, aufweist, der mittels eines Montageschrittes mit der Antriebswelle 9 und/oder dem Laufrad 14 verbunden wird. Mittels dieses Deckels 26 ist eine Einbringung der komplexen Struktur des mindestens einen radialen Kanals 3erst möglich, der insbesondere Schneckenförmig von der Drehachse 23 weg verläuft (dargestellt in 3).
  • In 3 ist eine in 1 mit A-A bezeichnete Schnittansicht der Fördereinrichtung 1, des Seitenkanalverdichters 2 und des Laufrads 14 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Das Laufrad 14 weist dabei an seinem Umfang im Bereich des Verdichterraums 30 angeordnete Schaufelblätter 11 auf, wobei das Laufrad 14 über die Schaufelblätter 11 von dem Treibstrahl 12 zumindest mittelbar angetrieben wird. Weiterhin ist gezeigt, dass das Gehäuse 17 die Gas-Einlassöffnung 20 und die Gas-Auslassöffnung 22 aufweist, die über den Verdichterraum 30, insbesondere den mindestens einen ersten Seitenkanal 19, fluidisch miteinander verbunden sind. Dem Verdichterraum 30 wird dabei aus dem Anodenausgang 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, insbesondere über den Anodeneingang. 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 23 verläuft und unterbricht den jeweiligen Seitenkanal 19, 21 zumindest fluidisch.
  • Weiterhin bildet das Laufrad 14 an seiner der Drehachse 23 abgewandten Seite die Wandung 13 aus, wobei das Laufrad 14 zumindest eine Öffnung 16 und/oder eine Bohrung 4 an seiner innenliegenden Wandung 13 aufweist, über die das Laufrad 14 mittels eines Treibmediums und/oder des Treibstrahls 12 angetrieben wird, insbesondere im Bereich eines zweiten Seitenkanals 21. Der Treibstrahl 12 verläuft dabei in einem Winkel α von zumindest nahezu 0° bis 60° zu einer Tangente 32 der innenliegenden Wandung 13.
  • Zudem ist gezeigt dabei der radiale Kanal 3 die Bohrung 4 im einem Verdichterraum 30 zugewandten Endbereich 34 ausbildet, insbesondere jedoch nur über einen Teil seiner Gesamtlänge. Der radiale Kanal 3 verläuft dabei vom axialen Kanal 5 und/oder der Antriebswelle 9 zum Verdichterraum 30 hin schneckenförmig vom Inneren des Laufrads 14.
  • Der Treibstrahl 12 des Dosierventils 6, wobei es sich insbesondere um ein Treibmedium handelt, wird dabei unter hohem Druck und mit einer hohen Geschwindigkeit in den zweiten Seitenkanal 21 eingebracht. Dabei wird derart eine Kraft auf das Laufrad 14 ausgeübt, dass sich dieses aufgrund des Hebelarms in Bewegung, insbesondere eine Rotationsbewegung, setzt und/oder in Bewegung gehalten wird. Dabei rotiert das Laufrad 14 in der Drehrichtung 24. Der von dem Tank 25, insbesondere einem Hochdrucktank 25, durch das Dosierventil 6 in den Seitenkanalverdichters 2 strömende Wasserstoff, der im Tank 25 eine niedrigere Temperatur aufweist, als die Betriebstemperatur des Seitenkanalverdichters 2, kann somit als einströmender 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.
  • Dabei wird das 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. Die im zu dosierten Wasserstoff enthaltene Strömungsenergie wird dazu verwendet, das Laufrad 14 des Seitenkanalverdichters 2 mit anzutreiben. Der Wasserstoff wird axial dem Laufrad 14 zugeführt, radial nach außen geführt, sodass der Treibstrahl 12 in Umfangsrichtung das Laufrad 14 verlässt und somit ein Drehmoment auf das Laufrad 14 erzeugt. Damit keine Unwucht entsteht, sind die Öffnungen 16 gleichmäßig am Umfang verteilt.
  • Weiterhin weisen die Schaufelblätter 11 eine symmetrische V-förmige Kontur auf, wobei die symmetrische V-förmige Kontur in Richtung der Drehachse 23 verläuft und wobei die geöffnete Seite der symmetrischen V-förmigen Kontur der Schaufelblätter 11 in der Drehrichtung 24 des Laufrads 14 gerichtet sind.
  • In 3 ist darüber hinaus gezeigt, dass sich jeweils eine Förderzelle 28 zwischen zwei benachbarten Schaufelblättern 11 befindet.
  • 4 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Teils der Fördereinrichtung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit dem Dosierventil 6 und dem Seitenkanalverdichter 2. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel der Fördereinrichtung 1 verläuft beispielsweise der mindestens eine radiale Kanal 3 in einem Winkel β zur Drehachse 23. Dieser komplexe geometrische Verlauf des zudem in der nicht sichtbaren Ebene schneckenförmig (gezeigt in 5) verlaufenden radialen Kanals 3 wird mittels eines additiven Herstellverfahren, insbesondere durch ein 3D-Druckverfahren, des Laufrads 14 ermöglicht. Somit besteht ist das gesamte Laufrad 14 aus einem einheitlichen und/oder homogenen Material, was die Bauteilfestigkeit erhöht. Weiterhin kann mittels des unter einem Winkel β verlaufenden radialen Kanals 3 das Einströmverhalten des Treibstrahls 12 und/oder des Treibmediums in den zweiten Seitenkanal 21 verbessert werden.
  • In 5 ist eine in 1 mit A-A bezeichnete Schnittansicht der Fördereinrichtung 1 gezeigt gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Fördereinrichtung 1 weist dabei den Seitenkanalverdichter 2 mit dem Laufrad 14 auf. Der mindestens eine radiale Kanal 3 verläuft dabei schneckenförmig vom Inneren des Laufrads 14 zur Wandung 13.
  • 6 zeigt einen in 3 und 5 mit II bezeichneten Ausschnitt des Laufrads 14, des zweiten Seitenkanals 21 und der Bohrung 4. Dabei ist gezeigt, dass die Bohrung 4, insbesondere in ihrem Endbereich 34, zumindest nahezu gerade und/oder linear verlaufend entlang ihrer Längsachse 50 ausgebildet ist, wobei die Längsachse 50 in einem Winkel α von zumindest nahezu 0° bis 60° zu der Tangente 32, insbesondere der innenliegenden Wandung 13, verläuft. Die innenliegende Wandung 13 ist dabei in einem Bereich der Öffnung 16 unterbrochen, wobei der zweite Seitenkanal 21 und/oder der Verdichterraum 30 mittels der Öffnung 16 mit der Bohrung 4 verbunden ist.
  • In 7 ist ein in 3 und 5 mit II bezeichneter Ausschnitt des Laufrads 14, des zweiten Seitenkanals 21 und der Bohrung 4 gezeigt, wobei die Bohrung 4 als die Düse 36 ausgebildet ist. Dabei wird der Durchmesser der Bohrung 4 zum zweiten Seitenkanal 21 hin kleiner und/oder verjüngt sich. Auf diese Weise kann die Austrittsgeschwindigkeit des Treibstrahls 12 und/oder des Treibmediums in den zweiten Seitenkanal 21 erhöht werden, wodurch die Strömungseigenschaften verbessert werden können und/oder der Wirkungsgrad des Seitenkanalverdichters 2 und/oder der Fördereinrichtung 1 verbessert werden kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102017222390 A1 [0003, 0004]

Claims (13)

  1. Fördereinrichtung (1) für ein Brennstoffzellen-System (31) zur Förderung und/oder Rezirkulation eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, mit einem Seitenkanalverdichter (2), wobei die Fördereinrichtung (1) mittels eines Dosierventils (6) mit einem Treibstrahl (12) eines unter Druck stehenden gasförmigen Mediums zumindest teilweise angetrieben wird, wobei das unter Druck stehende gasförmigen Medium dem Seitenkanalverdichter (2) zumindest mittelbar mittels des Dosierventils (6) zugeführt wird, wobei der Seitenkanalverdichter (2) ein Gehäuse (17) mit einem Gehäuse-Oberteil (7) und einem Gehäuse-Unterteil (8) aufweist, mit einem in dem Gehäuse (17) befindlichen Verdichterraum (30), der einen umlaufenden ersten Seitenkanal (19) aufweist, mit einem in dem Gehäuse (17) befindlichen Laufrad (14) das drehbar um eine Drehachse (23) angeordnet ist, wobei das Laufrad (14) an seinem Umfang im Bereich des Verdichterraums (30) angeordnete Schaufelblätter (11) aufweist und mit jeweils einer am Gehäuse (17) ausgebildeten Gas- Einlassöffnung (14) und einer Gas-Auslassöffnung (16), die über den Verdichterraum (30), insbesondere den mindestens einen ersten Seitenkanal (19), fluidisch miteinander verbunden sind, wobei das Laufrad (14) an seiner der Drehachse (23) abgewandten Seite eine Wandung (13) ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (14) mindestens eine Öffnung (16) an seiner innenliegenden Wandung (13) aufweist, über die das Laufrad (14) mittels eines Treibmediums und/oder des Treibstrahls (12) angetrieben wird, insbesondere im Bereich eines zweiten Seitenkanals (21).
  2. Fördereinrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (14) mittels mindestens eines in die mindestens eine Öffnung (16) mündenden radialen Kanals (3) zumindest mittelbar mit dem Dosierventil (6) und/oder einem Tank (25) fluidisch verbunden ist, wobei der radiale Kanal (3) eine Bohrung (4) in einem der Öffnung (6) zugewandten Endbereich (34) ausbildet, insbesondere jedoch nur über einen Teil seiner Gesamtlänge.
  3. Fördereinrichtung (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (4) zumindest nahezu gerade und/oder linear verlaufend entlang ihrer Längsachse (50) ausgebildet ist, wobei die Längsachse (50) in einem Winkel α von zumindest nahezu 0° bis 60° zu einer Tangente (32), insbesondere der innenliegenden Wandung (13), verläuft.
  4. Fördereinrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmedium in einen zweiten Seitenkanal (21) zudosiert wird und/oder in diesen einströmt, wobei der zweite Seitenkanal (21) vom ersten Seitenkanal (19) zumindest nahezu vollständig fluidisch getrennt ist und/oder nur im Bereich der Gas-Auslassöffnung (22) fluidisch verbunden sind.
  5. Fördereinrichtung (1) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmedium als Treibstrahl (12) mittelbar durch das Dosierventil (6) von einem unter Druck stehenden Tank (25) in den Bereich des zweiten Seitenkanals (21) eingebracht wird, wobei insbesondere der Seitenkanalverdichter (2) und/oder das Laufrad (14) durch das Dosierventil (6) angetrieben wird.
  6. Fördereinrichtung (1) gemäß einem der vorrangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (14) auf einer Antriebswelle (9) befestigt ist, wobei die Antriebwelle (9) einen entlang der Drehachse (23) verlaufenden axialen Kanal (5) aufweist, mittels dem der mindestens eine radiale Kanal (3) mit dem Dosierventil (6) und somit zumindest mittelbar mit dem Tank (25) verbunden ist.
  7. Fördereinrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (14) in einem additiven Herstellverfahren, insbesondere durch ein 3D-Druckverfahren, hergestellt ist.
  8. Fördereinrichtung (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (14), insbesondere je nach Betriebszustand einer Brennstoffzelle (29), entweder von einem Antriebsmotor (10) angetrieben wird oder zumindest mittelbar vom Treibstrahl (12) aus dem mindestens einen radialen Kanal (3) angetrieben wird oder von den Elementen (10, 12, 6) gleichzeitig angetrieben wird.
  9. Fördereinrichtung (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine radiale Kanal (3) orthogonal zur Drehachse (23) verläuft.
  10. Fördereinrichtung (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine radiale Kanal (3) in einem Winkel β zur Drehachse (23) verläuft
  11. Fördereinrichtung (1) gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (4) als eine Düse (36) ausgeführt ist, deren Durchmesser sich zum zweiten Seitenkanal (21) verjüngt und/oder verkleinert.
  12. Fördereinrichtung (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine radiale Kanal (3) schneckenförmig vom Inneren des Laufrads (14) zur Wandung (13) verläuft.
  13. Verwendung der Fördereinrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 in einem Brennstoffzellen-System (31).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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