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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. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit einer erfindungsgemäßen Fördereinrichtung.
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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, 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 Dosierventil 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. Zudem liegt eine Düsenanordnung und/oder eine Strahlpumpe und der Seitenkanalverdichter als separate Baugruppen vor und der Seitenkanalverdichter ist der Düsenanordnung und/oder der Strahlpumpe vorgeschaltet und die Komponenten sind über eine Verbindungsleitung und/oder Verrrohrung verbunden. Auf diese Weise geht ein Teil der Energie, insbesondere der Antriebsenergie, des Seitenkanalverdichters und der Düsenanordnung bei der Förderung des gasförmigen, verloren, da aufgrund der Verbindungsleitungen zwischen Seitenkanalverdichter und Düsenanordnung und Brennstoffzelle viele Strömungsumlenkungen und somit Strömungsverluste entstehen. 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 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.
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Des Weiteren muss für die Komponenten Seitenkanalverdichter, Düsenanordung und/oder 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 zur Förderung und/oder Rezirkulation eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, vorgeschlagen mit einem Seitenkanalverdichter, der ein Gehäuse aufweist. Dabei wird die Fördereinrichtung mittels eines Dosierventils mit einem Treibstrahl eines unter Druck stehenden gasförmigen Mediums zumindest teilweise angetrieben. Der Seitenkanalverdichter weist ein Laufrad auf, das drehbar um eine Drehachse angeordnet ist, mit jeweils einer am Gehäuse ausgebildeten Gas-Einlassöffnung und einer Gas-Auslassöffnung, die über den Verdichterraum, insbesondere den mindestens einen Seitenkanal, fluidisch miteinander verbunden sind, wobei der mindestens eine Seitenkanal, einen Unterbrecher-Bereich aufweisen kann. Bezugnehmend auf Anspruch 1 weist die Fördereinrichtung eine Düsenanordnung auf, die zumindest das Dosierventil, einen ersten Zulauf und eine Düse aufweist. Dabei wird der Treibstrahl in den Bereich des jeweiligen Seitenkanals eingedüst, wobei der Treibstrahl an der Gas-Einlassöffnung vorbeiströmt. Auf diese Weise kann der Effekt erzielt werden, dass das durch die Düsenanordnung in den Bereich des jeweiligen Seitenkanals eingedüste gasförmige Medium, bei dem es sich zumindest teilweise um ein Treibmedium handelt, derart an der Gas-Einlassöffnung, mittels derer dem Seitenkanalverdichter ein aus einer Brennstoffzelle kommendes Rezirkulat zugeführt wird, vorbeiströmt, dass zumindest teilweise ein Unterdruck entsteht und ein Einsaugen und/oder Einströmen des von der Brennstoffzelle kommenden Rezirkulats in den Seitenkanal und/oder Seitenkanalverdichter unterstützt wird. Somit erleichtert die Geschwindigkeit des durch Düsenanordnung eingedüsten gasförmigen Mediums das Ansaugen des Seitenkanalverdichters, der nicht selbst Ansaugen muss, sondern durch die vom Treibstrahl erzeugte Strömung unterstützt wird. Zudem kann es zu einer Impulsübertragung zwischen dem gasförmigen Medium des Treibstrahls und dem gasförmigen Medium, bei dem es sich um ein Rezirkulat handeln kann, welches durch die Gas-Einlassöffnung einströmt. Dabei strömt das Medium des Treibstrahls mit einer Druckdifferenz und/oder einer hohen Geschwindigkeit, die insbesondere nahe der Schallgeschwindigkeit liegen kann, in den Anfangsbereich des jeweiligen Seitenkanals und prallt auf das Rezirkulat welches durch die Gas-Einlassöffnung zugeführt wird. Aufgrund der hohen Geschwindigkeits- und/oder Druck-Differenz zwischen dem Medium des Treibstrahls und dem Rezirkulationsmedium wird eine innere Reibung und Turbulenzen zwischen den Medien erzeugt. Dabei entsteht eine Scherspannung in der Grenzschicht zwischen dem schnellen Treibmedium und dem wesentlich langsameren Rezirkulationsmedium. Diese Spannung bewirkt eine Impulsübertragung, wobei das Rezirkulationsmedium beschleunigt und mitgerissen wird. Die Mischung geschieht nach dem Prinzip der Impulserhaltung. Dabei wird das Rezirkulationsmedium in einer Förderrichtung III beschleunigt und es entsteht für das Rezirkulationsmedium ein Druckabfall, wodurch eine Saugwirkung einsetzt und somit weiteres Rezirkulationsmedium aus dem Bereich der Gas-Einlassöffnung nachgefördert wird. Bei dem Rezirkulat kann es sich um das unverbrauchte H2 aus einem Anodenbereich der Brennstoffzelle, insbesondere einem Stack, handeln, wobei das Rezirkulat auch Wasser und Stickstoff aufweisen kann. Weiterhin kann somit der Wirkungsgrad des Förderaggregats verbessert werden, da ein effizientes Antreiben und/oder Betreiben einer Förderleistung mittels des Treibstrahls des Dosierventils herbeigeführt 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 weist die Düsenanordnung zusätzlich zum ersten Zulauf, mittels dessen ein Treibmedium zugeführt wird, einen zweiten Zulauf auf, mittels dem der Düsenanordnung ein unverbrauchtes Rezirkulat zugeführt wird, wobei sich insbesondere das Rezirkulat und das Treibmedium in einem Ansaugbereich zum Treibstrahl vermischt. Auf diese Weise kann mittels eines sogenannten Strahlpumpeneffekts eine verbesserte Förderleistung der Fördereinrichtung herbeigeführt werden. Bei dem Strahlpumpeneffekt wird das von der Brennstoffzelle kommende Rezirkulationsmedium mit einem geringen Druck durch den zweiten Zulauf in den zentralen Strömungsbereich Düsenanordnung gefördert, insbesondere in den Ansaugbereich. Dabei strömt das Treibmedium mit einer Druckdifferenz und/oder einer hohen Geschwindigkeit, die insbesondere nahe der Schallgeschwindigkeit liegen kann, durch die Düse in den Ansaugbereich und prallt auf das Rezirkulat. Aufgrund der hohen Geschwindigkeits- und/oder Druck-Differenz zwischen dem Treibmediums und dem Rezirkulationsmedium wird eine innere Reibung und Turbulenzen zwischen den Medien erzeugt. Dabei entsteht eine Scherspannung in der Grenzschicht zwischen dem schnellen Treibmedium und dem wesentlich langsameren Rezirkulationsmedium. Diese Spannung bewirkt eine Impulsübertragung, wobei das Rezirkulationsmedium beschleunigt und mitgerissen wird. Die Mischung geschieht nach dem Prinzip der Impulserhaltung. Dabei wird das Rezirkulationsmedium in einer zweiten Strömungsrichtung IV beschleunigt und es entsteht für das Rezirkulationsmedium ein Druckabfall, wodurch eine Saugwirkung einsetzt und somit weiteres Rezirkulationsmedium aus dem Bereich des ersten Zulaufs nachgefördert wird. Auf diese Weise lässt sich der Wirkungsgrad der Fördereinrichtung erhöhen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Fördereinrichtung eine Düse auf, wobei die Düse als eine Venturi-Düse ausgebildet ist. Auf diese Weise lässt sich ein verbesserter Strahlpumpeneffekt erzielen und eine kompakte Bauform der Düsenanordnung und/oder der Fördereinrichtung herbeiführen. Zudem kann ein verbessertes Einströmverhalten des Treibmediums in den Ansaugbereich herbeigeführt werden, da das Treibmedium im Bereich der Düse beschleunigt wird, wodurch der Wirkungsgrad der Fördereinrichtung erhöht wird. Weiterhin lässt sich diese der Vorteil erzielen, dass der Seitenkanalverdichter und/oder das Förderaggregat mittels der kompakteren Bauweise weniger Bauraum für den Seitenkanalverdichter und/oder das Förderaggregat und/oder das Brennstoffzellensystem im Gesamtfahrzeug benötigt wird und dieser somit reduziert werden kann.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Fördereinrichtung strömt der Treibstrahl der Düsenanordnung orthogonal zu einer Symmetrieachse der Gas-Einlassöffnung an dieser vorbei, insbesondere in der zweiten Strömungsrichtung IV, wobei insbesondere die Geschwindigkeit des Treibstrahls zumindest annähernd und teilweise der Schallgeschwindigkeit beträgt. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass die Förderfunktion des Seitenkanalverdichters mittels der Rotation des Verdichterrads unterstützt wird und dass ein Ansaugen des Rezirkulats durch die Gas-Einlassöffnung und/oder einen Anodeneingang verbessert wird, da diese durch die vom Treibstrahl erzeugte Strömung unterstützt wird. Auf diese Weise kann die Förderleistung und der Wirkungsgrad der Fördereinrichtung erhöht werden.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Fördereinrichtung weist das Laufrad an seinem Umfang im Bereich eines Verdichterraums angeordnete Schaufelblätter auf, wobei das Laufrad über die jeweiligen Schaufelblätter von dem Treibstrahl des Dosierventils zumindest mittelbar angetrieben wird. Auf diese Weise kann der Wirkungsgrad des Förderaggregats verbessert werden, da ein effizientes Antreiben des Laufrads über die an dem Umfang vorhandenen Schaufelblätter mittels des Treibstrahls der Düsenanordnung 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 Laufrad ausgeübt wird und aufgrund des Hebelarms das Laufrad in Bewegung versetzt wird und/oder in Bewegung gehalten wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Fördereinrichtung kann das Laufrad, insbesondere je nach Betriebszustand der Brennstoffzelle, entweder von einem Antriebsmotor angetrieben werden oder zumindest mittelbar vom Treibstrahl des Dosierventils angetrieben werden oder von beiden Elementen gleichzeitig angetrieben werden. Zudem kann der Antriebsmotor des Seitenkanalverdichters bei hohen Lastpunkten des Seitenkanalverdichters und/oder der 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.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Fördereinrichtung wird der zweite Zulauf, insbesondere die Zuleitung von einem Tank, derart durch das Gehäuse geleitet, dass das aus dem Tank kommende Treibmedium das Gehäuse und den Seitenkanalverdichter kühlt. Dabei legt der zweite Zulauf eine möglichst lange Strecke durch das Gehäuse zurück bis er die Düsenvorrichtung erreicht und weist möglichst viele Strömungsumlenkungen auf. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass die Fördereinrichtung und/oder der Seitenkanalverdichter und/oder der 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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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Fördereinrichtung ist die Düsenanordnung im Gehäuse integriert, wobei insbesondere ein Austritt der Düsenanordnung zumindest nahezu direkt an den Verdichterraum und/oder den jeweiligen Seitenkanal angrenzt. Auf diese Weise kann eine separate Verbindung beispielsweise mittels einer separaten Verbindungsleitung beispielsweise mittels Rohrleitungen von einem innenliegenden Kanal der Düse und/oder der Düsenanordnung 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 Seitenkanalverdichter 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 Seitenkanalverdichter,
- 2 eine schematische Schnittansicht eines Teils des Seitenkanalverdichters gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit einem Laufrad und einem Antriebsmotor,
- 3 eine in 1 mit A-A bezeichnete Schnittansicht der Fördereinrichtung,
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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 1 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 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 3 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 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 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 Laufrad 14 mehrere sich außenseitig an eine Naben-Scheibe anschließende Förderzellen 28 aus. Diese Förderzellen 28 des Laufrads 14 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 und oder jeweiligen Schaufelblättern 11 zu sehen. Diese jeweiligen Schaufelblätter 11 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 begrenzt, wobei eine Anzahl von jeweiligen Schaufelblättern 11 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 mindestens ein Lager 27 am Außendurchmesser der Antriebswelle 9 axial im Bereich zwischen dem Gehäuse-Unterteil 8 und dem Laufrad 14.
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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 übertragen. Dabei wird das Verdichterrad 14 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 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 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 dem Laufrad 14 und dem Antriebsmotor 10. Die Antriebswelle 9 kann dabei mittels von mindestens des Lagers 27 gelagert sein. 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 4. Das Laufrad 14 kann mittels eines Pressverbands auf der Antriebswelle 9 befestigt sein. Das Laufrad 14 weist dabei mehrere Schaufelblätter 11 auf, die umlaufend um die Drehachse 4 am Verdichterrad 2 angeordnet sind. Die Schaufelblätter 11 befinden sich in dem ersten Seitenkanal 19 und/oder dem zweiten Seitenkanal 21 und/oder dem Verdichterraum 30. Dabei strömt das von der Brennstoffzelle 29, insbesondere einem Stack, kommende Rezirkulat in einer ersten Strömungsrichtung II durch den Anodeneingang 3 und/oder durch die Gas-Einlassöffnung 20 in den Verdichterraum 30 ein. Die erste Strömungsrichtung II verläuft dabei zumindest annähernd parallel zu einer Symmetrieachse 52 der Gas-Einlassöffnung 20.
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3 zeigt eine in 1 mit A-A bezeichnete Schnittansicht der Fördereinrichtung 1. Dabei ist gezeigt, dass das Laufrad 14 an seinem Umfang im Bereich des Verdichterraums 30 angeordnete Schaufelblätter 11 aufweist, wobei das Laufrad 14 über die Schaufelblätter 11 von dem Treibstrahl 12 des Dosierventils 6 und/oder einer Düsenanordnung 13 zumindest mittelbar angetrieben wird. Weiterhin ist gezeigt, dass die Fördereinrichtung 1 die Düsenanordnung 13 aufweist, die zumindest das Dosierventil 6, einen ersten Zulauf 34 und eine Düse 32 aufweist und den Treibstrahl 12 in den Bereich des jeweiligen Seitenkanals 19, 21 eindüst, wobei der Treibstrahl 12 an der Gas-Einlassöffnung 20 vorbeiströmt. Die Düsenanordnung 13 weist dabei einen innenliegenden Kanal 18 auf, durch den das Treibmedium von einem Tank 25 und/oder ersten Zulauf 34 zumindest teilweise in einer zweiten Strömungsrichtung IV in einen Ansaugbereich 33 und/oder den jeweiligen Seitenkanal 19, 21 strömt. Dabei können die Schaufelblätter 11 eine symmetrische V-förmige Kontur aufweisen, wobei die symmetrische V-förmige Kontur in Richtung der Drehachse 4 verläuft und wobei die geöffnete Seite der symmetrischen V-förmigen Kontur der Schaufelblätter 11 in der Drehrichtung 24 des Laufrads 14 gerichtet sind.
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In 3 ist gezeigt, dass der Treibstrahl 12 des Dosierventils 6 und/oder der Düsenanordnung 13, unter hohem Druck und mit einer hohen Geschwindigkeit auf die Oberfläche der Schaufelblätter 11 prallt, wobei mittels des Treibstrahls 12 eine Kraftübertragung auf die Schaufelblätter 11 erfolgt, insbesondere mittels einer Impulsübertragung und/oder eines Strömungseffekts. Dabei wird eine Kraft auf das Laufrad 14 ausgeübt und aufgrund des Hebelarms wird das Laufrad 14 in Bewegung versetzt und/oder in Bewegung gehalten und dabei setzt sich das Laufrad 14 in der Drehrichtung 24 in Bewegung. Der von dem Tank 25, insbesondere einem Hochdrucktank 25, durch das Dosierventil 6 und/oder die Düsenanordnung 13 in den Seitenkanalverdichters 2 strömende Wasserstoff, der im Tank 25 eine niedrigere 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. 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.
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In 3 ist weiterhin gezeigt, dass die Düsenanordnung 13 zusätzlich zum ersten Zulauf 34, mittels dessen ein Treibmedium zugeführt wird, einen zweiten Zulauf 36 aufweist, mittels dem der Düsenanordnung 13 ein unverbrauchtes Rezirkulat zugeführt wird, wobei sich insbesondere das Rezirkulat und das Treibmedium in dem Ansaugbereich 33 zum Treibstrahl 12 vermischt. Die Düse 32 kann dabei als eine Venturi-Düse 32 ausgebildet sein. Zudem kann der zweite Zulauf 36 und/oder die Zuleitung vom Tank 25, derart durch das Gehäuse 17 geleitet wird, dass das aus dem Tank 25 kommende Treibmedium das Gehäuse 17 und den Seitenkanalverdichter 2 kühlt. Des Weiteren ist die Düsenanordnung 13 im Gehäuse 17 integriert, wobei insbesondere ein Austritt 23 der Düsenanordnung 13 zumindest nahezu direkt an den Verdichterraum 30 und/oder den jeweiligen Seitenkanal 19, 21 und/oder den Verdichterraum 30 angrenzt. Ferner betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellen-System 31 mit der Fördereinrichtung 1 wobei die Fördereinrichtung 1 in einem Anodenkreis des Brennstoffzellensystems 31 angeordnet ist.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017222390 A1 [0003]
