KR102587713B1 - 기상 매체의 이송 또는 압축을 위한 연료 전지 시스템용 사이드 채널 컴프레서 - Google Patents

기상 매체의 이송 또는 압축을 위한 연료 전지 시스템용 사이드 채널 컴프레서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기체, 특히 수소의 이송 및/또는 압축을 위한 연료 전지 시스템(37)용 사이드 채널 컴프레서(1)에 관한 것이며, 상기 사이드 채널 컴프레서는, 하우징(3)과; 2개의 순환하는 사이드 채널들(19, 21)을 포함하여 하우징(3) 내에 위치되는 컴프레서 챔버(30)와; 하우징(3) 내에 위치되고 회전축(4)을 중심으로 회전 가능하게 배치되는 컴프레서 임펠러(2)이며, 컴프레서 챔버(30)의 영역에서 자신의 주연 상에 배치되는 이송 셀들(28)을 포함하는 상기 컴프레서 임펠러(2)와; 각각 하우징(3) 상에 형성되어 컴프레서 챔버(30), 특히 2개의 사이드 채널들(19, 21)을 통해 상호 간에 유체로 연결되는 기체 유입 개구부(14) 및 기체 유출 개구부(16)를; 포함하며, 컴프레서 챔버(30)의 영역에서 각각의 사이드 채널(19, 21)의 캡슐화는 컴프레서 임펠러(2) 및 하우징(3)의 표면 쌍 형성에 의한 하나 이상의 분리 영역(35)을 통해 수행된다. 이 경우, 본 발명에 따라서, 하나 이상의 분리 영역(35)은, 각각 일측 부품이, 특히 순환하는 첨단들(11)을 구비하여 순환하는 에지부들(5)을 포함하고 각각 타측 부품은 순환하면서 적어도 거의 평면인 상대 표면(23)을 포함하는 방식으로, 부품들, 즉 컴프레서 임펠러(2) 및 하우징(3)의 표면 쌍 형성을 통해 형성된다.

Description

기상 매체의 이송 또는 압축을 위한 연료 전지 시스템용 사이드 채널 컴프레서
본 발명은, 특히 연료 전지 구동부를 포함한 차량에서의 적용을 위해 제공되는 기상 매체, 특히 수소를 이송하고, 그리고/또는 압축하기 위한 연료 전지 시스템을 위한 사이드 채널 컴프레서(side channel compressor)에 관한 것이다.
차량 분야에서는, 액상 연료 외에도, 미래에는 기상 연료 역시도 역할이 증대될 것이다. 특히 연료 전지 구동부를 포함한 차량의 경우, 수소 기체 흐름이 제어되어야 한다. 이런 경우, 기체 흐름은, 액상 연료의 분사의 경우처럼 더 이상 불연속적으로 제어되는 것이 아닐뿐더러, 기체는 하나 이상의 고압 탱크에서 인출되어 중압 라인 시스템의 유입 라인을 경유하여 이젝터 유닛(ejector unit)으로 안내된다. 이런 이젝터 유닛은 저압 라인 시스템의 연결 라인을 통해 연료 전지 쪽으로 기체를 안내한다. 기체는 연료 전지를 관류한 후에 회수 라인을 경유하여 다시 이젝터 유닛으로 안내된다. 이 경우, 유동 기술 및 효율 기술 측면에서 기체 회수를 보조하는 사이드 채널 컴프레서가 라인 내 연결될 수 있다. 그 외에도, 사이드 채널 컴프레서는, 특히 소정의 정지 시간 후에 차량의 시동(냉간 시동) 시 연료 전지 구동부 내에서 유동 형성의 보조를 위해 사용된다. 상기 사이드 채널 컴프레서의 구동은 통상 차량 내에서 작동 동안 차량 배터리를 통해 전압을 공급받는 전기 모터들을 통해 수행된다.
DE 10 2007 053 016 A1호로부터는, 기상 매체, 특히 수소가 이송되고, 그리고/또는 압축되는, 연료 전지 시스템용 사이드 채널 컴프레서가 공지되어 있다. 사이드 채널 컴프레서는 하우징 내에서 회전하는 컴프레서 임펠러를 포함하며, 이 컴프레서 임펠러는 구동 샤프트 상에 고정되어 구동부에 의해 회전되고 그에 따라 회전축을 중심으로 회전 가능하게 배치된다. 또한, 사이드 채널 컴프레서는, 하나 이상의 순환하는 사이드 채널을 포함하여 하우징 내에 위치되는 컴프레서 챔버를 포함한다. 이 경우, 컴프레서 임펠러는 컴프레서 챔버의 영역에서 자신의 주연 상에 배치되는 이송 셀들을 포함한다. 그 외에도, 하우징 내에는, 하나 이상의 사이드 채널을 통해 상호 간에 유체로 연결되는 기체 유입 개구부 및 기체 유출 개구부가 각각 배치된다. 이 경우, 컴프레서 챔버의 영역에서 하나 이상의 사이드 채널의 캡슐화는 컴프레서 임펠러 및 하우징의 표면이 쌍을 이루어 형성되는 하나 이상의 분리 영역을 통해 실현된다.
DE 10 2007 053 016 A1호로부터 공지된 사이드 채널 컴프레서에는 소정의 단점들이 있을 수 있다. 연료 전지 시스템 내에서, 특히 재순환 팬으로서 사이드 채널 컴프레서의 이용 시, 사이드 채널 컴프레서의 내부 챔버에서는 특히 기상 매체에서의 응축을 통해 액수(liquid water)가 형성될 수 있다. 차량 내 연료 전지 시스템의 비활성화 상태에서, 상기 물은 주변 온도가 낮은 경우 시스템의 배관들 상에, 그리고 베어링들, 샤프트 또는 컴프레서 임펠러와 같은 사이드 채널 컴프레서의 회전 부재들 상에도 집수된다. 차량 및 그에 따른 연료 전지 어셈블리를 시동할 때, 이는, 얼음 브리징(ice bridging)이 너무 큰 경우 구동부를 차단시킬 수 있으며, 그런 까닭에 회전 부재들, 특히 컴프레서 임펠러가 손상될 수 있고, 그리고/또는 시스템의 시동이 어려워지고 지연되거나 완전히 저지된다.
DE 10 2015 00 264 A1호에는, 중력의 작용 방향에서 임펠러의 아래쪽에 유동 하우징 커버를 형성하고 배치하는 것을 통해, 이동 가능한 부품들 상에서 액수의 접촉 및/또는 얼음 브리지(ice bridge)의 형성을 방지하는 사이드 채널 컴프레서가 기술되어 있다. 그러나 DE 10 2015 00 264 A1호에 기술되는 사이드 채널 컴프레서에는 소정의 단점들이 있을 수 있다. 연료 전지 시스템 내에서, 그리고/또는 차량 내에서 사이드 채널 컴프레서의 장착 위치는 예컨대 사이드 채널 컴프레서의 구조적인 구성으로 인해, 특히 측지학적(geodetical)으로 임펠러의 아래쪽에 배치되는 유동 하우징 커버를 통해 가변적이지 못하다. 차량 내에서 사이드 채널 컴프레서의 매우 특수한 장착 위치, 및/또는 차량의 경사각이 예컨대 차량 제조업체의 장착 공간 제한 및/또는 급경사 도로에 주차된 차량의 장착 공간 제한으로 인해 엄수되지 않으면, 부품들 사이에서 얼음 브리징의 신뢰성 있는 방지가 실현되지 않을 수 있는데, 그 이유는 경동으로 인해 액수가 컴프레서 임펠러와 하우징 사이에 집수되기 때문이다. 이는, DE 10 2015 00 264 A1호에 기술된 사이드 채널 컴프레서가 액수를 배출시키기 위해 중력의 효과를 이용하는 것을 통해 야기된다. 또한, 중간 공간의 영역 내로 액수를 불완전하게 배출할 경우, 임펠러와 하우징 사이에 얼음 브리징이 발생할 수 있다.
청구항 제1항을 참조하면, 사이드 채널 컴프레서는, 컴프레서 임펠러 및 하우징 중 하나가, 주회하는 첨단(tip)들을 구비하여 주회하는 에지부들을 포함하고 컴프레서 임펠러(2) 및 하우징(3) 중 나머지 하나가 주회하면서 적어도 거의 평면인 상대 표면을 포함하도록, 하나 이상의 분리 영역은 컴프레서 임펠러 및 하우징의 표면이 쌍을 이룸으로써 형성되는 방식으로 형성된다. 이런 방식으로, 표면들이 쌍을 이루는 기하학적인 구현을 기반으로, 컴프레서 임펠러와 하우징 사이에, 특히 분리 영역 내에 액수가 집수될 수 있는 점은 방지될 수 있으며, 그럼으로써 온도가 낮은 경우 분리 영역 내에서 얼음 브리지들이 형성될 수 없는 점이 보장되게 된다. 이런 경우, 분리 영역 내에서 액수의 축적은 주회하는 첨단들을 통해 액수의 표면 응력의 효과가 이용되는 방식으로 방지된다. 그렇게 하여, 사이드 채널 컴프레서는 낮은 온도, 특히 외부 온도가 0℃ 미만이고 정지 시간이 긴 경우에도 문제없이 시동된다. 이 경우, 연료 전지 시스템 및/또는 차량 내에서 사이드 채널 컴프레서의 장착 위치 및/또는 위치는 큰 영역에서 유연한데, 그 이유는 물의 배출을 위한 중력으로 인한 효과가 큰 각도 범위에서 나타날 수 있고 물의 배출을 위한 주요 효과는 기하학적 특성 및/또는 원심력을 토대로 제공되기 때문이다. 또한, 얼음 브리징 및/또는 침투하는 액수로 인한 사이드 채널 컴프레서의 회전 부재들 및/또는 구동부, 특히 전기 구동부의 손상도 방지될 수 있다. 또한, 얼음 브리지로 인해 냉간 시동 시 컴프레서 임펠러의 차단도 방지될 수 있으며, 그럼으로써 본 발명에 따른 구성을 통해 컴프레서 임펠러의 동결 방지의 바람직한 기능이 달성되게 된다. 이는, 연료 전지 시스템 내에서, 그리고/또는 차량 내에서 사이드 채널 컴프레서의 향상된 냉간 시동 성능 및 보다 더 높은 신뢰성으로 이어진다.
종속 청구항들에서 열거되는 조치들을 통해, 청구항 제1항에 명시된 사이드 채널 컴프레서의 바람직한 개선예들이 가능하다. 종속 청구항들은 본 발명의 보다 더 바람직한 개선예들에 관한 것이다.
특히 바람직한 구현예에 따라서, 하나 이상의 분리 영역은 사이드 채널들을 상호 간에 캡슐화하고, 그리고/또는 회전축과 관련하여 반경 방향에서 안쪽에 위치하는 하우징의 영역 및/또는 회전축과 관련하여 반경 방향에서 바깥쪽에 위치하는 하우징의 영역으로부터 각각의 사이드 채널을 캡슐화한다. 이런 방식으로, 한편으로, 사이드 채널들 상호 간의 캡슐화를 통해 두 사이드 채널들 간의 기상 매체의 교환이 단지 컴프레서 임펠러의 이송 셀들을 통해서만 실행될 수 있고, 이는 이송 임펠러가 회전 중인 경우 유동 조건으로 인해 제한적으로만 가능하다는 장점이 달성될 수 있다. 그렇게 하여, 두 사이드 채널들 내에서 서로 독립적인 압력 형성 및 독립적인 순환 유동이 하우징에 의해 형성되고, 두 사이드 채널들 내에서 채널 유동과 임펠러 유동 간의 임펄스 교환이 이용되는 점이 보장될 수 있다. 이는, 특히 하나의 사이드 채널만을 포함한 사이드 채널 컴프레서들에 비해, 사이드 채널 컴프레서의 효율 및/또는 이송 체적이 증가될 수 있다는 장점을 제공한다.
또한, 상기 방식으로, 하우징 내에서 바깥쪽에 위치하는 영역 및/또는 안쪽에 위치하는 영역에 대해 하나 이상의 사이드 채널 및/또는 이송 셀의 캡슐화가 수행된다는 장점이 달성될 수 있다. 이런 방식으로, 수소 및/또는 무거운 성분들이 컴프레서 챔버의 영역에서부터, 수소 및/또는 무거운 성분들을 통해 손상될 수 있는 부품들이 위치되는 사이드 채널 컴프레서의 영역 내로 전진하는 점은 방지된다. 따라서, 예컨대 구동 샤프트의 베어링들의 유효수명은 증가될 수 있는데, 그 이유는 부식을 통한, 특히 물과의 접촉을 통한 손상이, 안쪽에 위치하는 영역의 캡슐화를 통해 방지되기 때문이다. 또한, 전기 부품들 내로 액체 유입을 통한 전기 단락도 방지되는데, 그 이유는 예컨대 구동부와 같은 모든 전기 부품들이, 사이드 채널 컴프레서의 안쪽에 위치하는 캡슐화된 영역 내에 위치되고 그에 따라 액체에 대해 보호되기 때문이다. 그렇게 하여, 사이드 채널 컴프레서의 고장 확률은 감소되며, 그리고 연료 전지 시스템의 유효수명은 증가될 수 있다.
바람직한 개선예에 따라서, 각각의 분리 영역 내의 에지부들 및 상대 표면은 회전축을 중심으로 순환하는 방식으로 연장된다. 이런 방식으로 컴프레서 임펠러의 저마찰식 및 저충돌식 회전이 보장될 수 있는데, 그 이유는 컴프레서 임펠러의 가능한 안내 효과가 회전 동안 순환하는 에지부들을 통해 제공되기 때문이다. 또한, 컴프레서 임펠러의 비틀림 및/또는 경동의 위험이 감소된다는 장점도 달성될 수 있다. 회전축을 중심으로 순환하는 에지부들 및 상대 표면의 또 다른 장점은, 사이드 채널들의 영역들 및/또는 안쪽에 위치하는 영역 및/또는 바깥쪽에 위치하는 영역 상호 간의 우수한 캡슐화가 달성될 수 있다는 점에 있다. 그렇게 하여, 사이드 채널 컴프레서의 유효수명이 증가되는 반면, 전체 연료 전지 시스템의 고장 확률은 감소된다.
바람직한 구현예에 따라서, 분리 영역 내의 에지부들은 회전축을 중심으로 순환하는 방식으로 하우징 상의 제1 지름 영역 및/또는 제2 지름 영역 내에 형성된다. 이 경우, 에지부들의 첨단들은 회전축에 대해 축 방향으로 컴프레서 임펠러 상의 상대 표면 쪽으로 배향되며, 제1 지름 영역은 회전축에 대해 반경 방향으로 사이드 채널들의 내경에서 사이드 채널들을 한정하고, 제2 지름 영역은 회전축에 대해 반경 방향으로 사이드 채널들의 외경에서 사이드 채널들을 한정한다. 이런 방식으로, 비용상 효과적으로 본 발명에 따른 표면 쌍 형성이 실현될 수 있고, 이런 표면 쌍 형성에 의해서는, 컴프레서 임펠러와 하우징 사이에서, 특히 분리 영역 내에서 액수가 집수될 수 있는 점이 방지될 수 있으며, 그럼으로써 낮은 온도에서 분리 영역 내에서 얼음 브리지들이 형성되지 않는 점이 보장되게 된다. 이런 실현은 비용상 효과적인데, 그 이유는, 대응하는 윤곽이, 하우징 내에서 이미 제공되어 있고 평면으로 연장되는 표면의 가공, 특히 재료 제거를 통해 생성 가능한 방식으로, 순환하는 에지부들 또는 순환하는 첨단들이 하우징 내에 직접적으로 삽입될 수 있기 때문이다. 이 경우, 표면은 회전축에 대해 반경 방향으로 연장되고, 가공은 단지 분리 영역 내에서만 필요하다. 또한, 제공되어 있는 하우징이 이용될 수 있으며, 그리고 단지 재료 제거의 가공 단계만이 필요하다. 따라서, 사이드 채널 컴프레서의 냉간 시동 능력은 향상될 수 있는 반면, 적은 제조상 추가 비용만이 발생한다는 장점이 달성된다.
특히 바람직한 개선예에 따라서, 분리 영역 내의 에지부들은 회전축을 중심으로 순환하는 방식으로 컴프레서 임펠러 상의 제3 지름 영역 및/또는 제4 지름 영역 내에 형성된다. 이 경우, 에지부들의 첨단들은 회전축에 대해 축 방향으로 하우징 내의 상대 표면 쪽으로 배향되고, 제3 지름 영역은 회전축에 대해 반경 방향으로 이송 셀의 내경에서 이송 셀을 한정한다. 또한, 제4 지름 영역은 회전축에 대해 반경 방향으로 이송 셀의 외경에서 이송 셀을 한정한다. 이런 방식으로, 비용상 효과적인 방식으로, 본 발명에 따른 표면 쌍 형성이 실현될 수 있으며, 이 표면 쌍 형성에 의해서는, 컴프레서 임펠러와 하우징 사이에서, 특히 분리 영역 내에서 액수가 집수되는 점이 방지되며, 그럼으로써 낮은 온도에서 분리 영역 내에서 얼음 브리지들이 형성되지 않는 점이 보장되게 된다. 이런 실현은 비용상 효과적인데, 그 이유는 순환하는 에지부들 및/또는 순환하는 첨단들이 단지 분리 영역 내의 컴프레서 임펠러 상에서만, 그리고 그에 따라 제3 및 제4 지름 영역의 영역 내에서 컴프레서 임펠러 상에 및/또는 내에 제공되고, 그리고/또는 삽입되기만 하면 되기 때문이다. 하우징은 상대 표면의 영역에서 비가공 상태로 유지될 수 있거나, 또는 그 대안으로 표면 거칠기의 향상을 위해 비용상 효과적인 방법이 사용될 수 있다. 컴프레서 임펠러 상에 에지부들 및/또는 첨단들을 제공하고, 그리고/또는 삽입하기 위해, 예컨대 하나의 작업 단계로, 변위 압연(displacement rolling) 방법에 의해 상응하는 윤곽이 컴프레서 임펠러 상에서 생성될 수 있으며, 이때 재료 제거 또는 재료 도포는 필요하지 않다.
이는, 컴프레서 임펠러의 이미 제공되어 있는 구조적인 특성에서 변경이 필요하지 않다는 장점을 제공한다. 또한, 단지 하나의 가공 단계만이 필요하며, 그리고 그에 따라 동결 방지와 관련하여 특히 바람직한 개선예의 비용상 효과적인 실현이 수행될 수 있다. 따라서, 사이드 채널 컴프레서의 냉간 시동 능력은 향상될 수 있는 반면, 적은 제조상 추가 비용만이 발생한다는 장점이 달성된다.
바람직한 구현예에 따라서, 분리 영역 내의 에지부들은 회전축을 중심으로 순환하는 방식으로 하우징 상의 제1 지름 영역 및/또는 제2 지름 영역 내에 형성된다. 이 경우, 에지부들의 첨단들은 회전축에 대해 반경 방향으로 컴프레서 임펠러 상의 상대 표면 쪽으로 배향되며, 그리고 이와 동시에 제1 지름 영역은 회전축에 대해 반경 방향으로 이송 셀의 내경에서부터 컴프레서 임펠러의 허브 디스크(hub disc)까지 연장된다. 또한, 제2 지름 영역은 회전축에 대해 반경 방향으로 이송 셀의 외경에서부터, 하우징 내에서 바깥쪽에 위치하고 캡슐화된 영역의 외경까지 연장된다. 이런 방식으로, 하우징 내에, 그리고 분리 영역 내에 첨단들을 구비한 에지부들을 삽입하는 것에도 불구하고 조밀한 구조가 달성될 수 있는 반면, 특히 회전축에 대해 반경 방향으로 액수의 신뢰성 있는 배출은 얼음 브리징을 방지한다는 장점이 달성될 수 있다. 이 경우, 바람직하게는, 연료 전지 시스템 내에서, 그리고/또는 차량 내에서 사이드 채널 컴프레서의 향상된 냉간 시동 성능 및 보다 더 높은 신뢰성이 보장될 수 있는 반면, 컴프레서 임펠러의 동결 방지의 바람직한 기능에도 불구하고 하우징 내에 추가적인 장착 공간은 요구되지 않는다.
바람직한 개선예에 따라서, 분리 영역 내의 에지부들은 회전축을 중심으로 순환하는 방식으로 컴프레서 임펠러 상의 제3 지름 영역 및/또는 제4 지름 영역 내에 형성되며, 에지부들의 첨단들은 회전축에 대해 반경 방향으로 하우징 상의 상대 표면 쪽으로 배향된다. 이 경우, 제3 지름 영역은 회전축에 대해 반경 방향으로 이송 셀의 내경에서 이송 셀을 한정하고, 제4 지름 영역은 회전축에 대해 반경 방향으로 이송 셀의 외경에서 이송 셀을 한정한다. 이런 방식으로, 분리 영역 내의 컴프레서 임펠러 상에 첨단들을 구비한 에지부들을 삽입하는 것에도 불구하고 조밀한 구조가 달성될 수 있는 반면, 특히 회전축에 대해 반경 방향으로 액수의 신뢰성 있는 배출이 얼음 브리징을 방지한다는 장점이 달성될 수 있다. 또한, 컴프레서 임펠러 상에 에지부들 및/또는 첨단들의 제공 및/또는 삽입은 단지 하나의 작업 단계로만 수행될 수 있다. 이 경우, 첨단들을 구비한 에지부들의 상응하는 윤곽을 생성하기 위해, 비용상 효과적이면서 신속한 압연 방법, 특히 환형 압연 및/또는 횡방향 압연 방법이 이용될 수 있다. 따라서, 사이드 채널 컴프레서를 위한 제조 비용이 적게 유지될 수 있는 반면, 냉간 시동 성능은 향상되며, 이는, 주변 온도가 낮고 연료 전지 시스템의 정지 시간이 긴 경우에도 사이드 채널 컴프레서 및 연료 전지 시스템의 보다 더 긴 유효수명으로 이어진다.
특히 바람직한 구현예에 따라서, 컴프레서 임펠러는 제1 지름 영역 및/또는 제2 지름 영역에, 순환하는 상대 표면을 포함하며, 상대 표면은 회전축의 방향으로, 선형이면서 회전축에 대해 만곡되는, 특히 순환하는 원추형인 프로파일을 포함한다. 이 경우, 상대 표면의 프로파일은 특히 대칭으로 대칭축으로부터 이격되면서 회전축의 2개의 방향들로 지향되고 이와 동시에 에지부들의 첨단들은 하우징 상에서 상대 표면에 대해 직각으로 컴프레서 임펠러 쪽으로 배향된다. 또한, 이 경우, 제3 지름 영역은 회전축에 대해 반경 방향으로 이송 셀의 내경에서 이송 셀을 한정하고, 제4 지름 영역은 회전축에 대해 반경 방향으로 이송 셀의 외경에서 이송 셀을 한정한다. 또 다른 바람직한 실시형태에서, 하우징은 제1 지름 영역 및/또는 제2 지름 영역에, 순환하는 상대 표면을 포함하며, 상대 표면은 회전축의 방향으로, 선형이면서 회전축에 대해 만곡되는, 특히 순환하는 원추형인 하나 이상의 프로파일을 포함하고, 상대 표면의 프로파일은 특히 대칭으로 대칭축으로부터 이격되면서 회전축의 2개의 방향들로 연장된다. 이 경우, 에지부들의 첨단들은 컴프레서 임펠러 상에서 상대 표면에 대해 직각으로 하우징 쪽으로 배향되고, 제1 지름 영역은 회전축에 대해 반경 방향으로 사이드 채널들의 내경에서 사이드 채널들을 한정한다. 또한, 제2 지름 영역은 회전축에 대해 반경 방향으로 사이드 채널들의 외경에서 사이드 채널들을 한정한다. 이런 방식으로, 순환하면서 만곡된 프로파일을 기반으로 분리 영역에서부터의 액수의 향상된 배출이 수행될 수 있다는 장점이 달성될 수 있다. 이 경우, 사이드 채널 컴프레서의 상이한 장착 위치가 다수인 경우에도 분리 영역 내에서 두 만곡된 프로파일들 중 적어도 하나는 액수의 최적의 배출을 가능하게 하는 점이 보장되는데, 그 이유는 하나 이상의 분리 영역이 중력의 작용 방향 쪽으로 적합하게 배향됨으로써, 분리 영역들에서부터의 액수의 배출이 추가로 향상되게 되기 때문이다. 회전축에 대해 만곡된 상대 표면의 프로파일, 및 에지부들 및 첨단들을 포함한 표면의 또 다른 장점은, 컴프레서 임펠러의 회전 동안 매체, 특히 액수의 원심력을 기반으로 분리 영역에서부터의 향상된 배출이 달성될 수 있다는 점에 있다. 따라서, 사이드 채널 컴프레서가 비활성화될 때 분리 영역 내에는 어떠한 액수도 존재하지 않거나, 또는 단지 적은 비율의 액수만이 존재한다. 따라서, 사이드 채널 컴프레서의 냉간 시동 성능이 향상될 수 있으면서 사이드 채널 컴프레서의 유효 수명도 향상될 수 있다는 장점이 달성된다.
바람직한 구현예에 따라서, 하우징은 기체 유입 개구부와 기체 유출 개구부 간의 인터럽터 영역(interrupter region)을 포함하며, 인터럽터 영역은 연이어 배치되는 복수의 아치형 돌출부들을 포함한다. 이 경우, 아치형 돌출부들은 유동 방향으로 계단형으로 연장되거나, 또는 유동 방향과 반대 방향으로 계단형으로 연장되며, 돌출부들의 단부들은 대칭축의 방향으로 사이드 채널의 중심에서부터 각각의 제1 또는 제2 지름 영역 쪽으로 유동 방향으로 선행하거나 후행하는 방식으로 연장된다. 이런 방식으로, 효과적인 분리가 특히 기체 유출 개구부의 영역에서의 압력 측과 특히 기체 유입 개구부의 영역에서의 흡입 측의 분리를 실현한다는 장점이 달성될 수 있다. 이런 분리는, 연료 전지 시스템 내에서 기상 매체의 효과적인 이송이 보장될 수 있으면서 압력 측에서부터 흡입 측 쪽으로 기상 매체의 역류 및/또는 압력 소멸이 분리 영역을 통해 수행되는 점은 방지되도록 하기 위해 필요하다. 인터럽터 영역 내에서 연이어 배치되는 복수의 아치형 돌출부들을 통해, 압력 측과 유입 측 간의 차압이 점점 소멸되는 점이 보장될 수 있다. 또한, 이 경우, 바람직하게는, 돌출부들은 계단형으로 연장되며, 돌출부들의 단부들은 선행하거나 후행하는 방식으로 연장되며, 그럼으로써 차압의 균일한 소멸이 나타나고 유동 파열로 인한 부정적인 효과들은 나타나지 않을 수 있게 된다. 그렇게 하여, 인터럽터 영역 내의 압력 손실은 감소되고, 사이드 채널 컴프레서의 효율은 증가한다.
바람직한 개선예에 따라서, 하우징은 제2 지름 영역에 회전축을 중심으로 순환하는 그루브를 포함한다. 이런 방식으로, 특히 액수 및/또는 수증기 및/또는 질소인 무거운 성분들이 이송 셀 및/또는 사이드 채널들의 영역에서부터 순환하는 그루브 내로 배출될 수 있다는 장점이 달성될 수 있다. 이 경우, 무거운 성분 또는 무거운 성분들의 배출은, 컴프레서 임펠러의 회전을 통해 기상 매체에 가해지는 원심력을 통해 수행된다. 이 경우, 무거운 성분들은 사이드 채널들의 영역에서부터, 그리고/또는 이송 셀의 영역에서부터 회전축으로부터 이격되는 배출 방향으로, 또는 회전축의 방향으로, 특히 하우징과 컴프레서 임펠러 사이의 분리 영역을 통과하여 그루브 쪽으로 이동된다. 본 발명의 또 다른 예시의 개선예에서, 그루브는 배출 보어를 포함하고, 이 배출 보어를 통해서는 무거운 성분들이 하우징에서부터 배출될 수 있다. 그렇게 하여, 무거운 성분들은 하나 이상의 사이드 채널 및/또는 이송 셀의 영역에서부터 유도되어 나간다.
본 발명은 도면에 따라서 하기에서 보다 더 상세하게 기술된다.
도 1은 본 발명에 따른 사이드 채널 컴프레서를 도시한 개략적 단면도이다.
도 2는 도 1에서 도면부호 A-A로 표시된 사이드 채널 컴프레서의 단면을 도시한 확대도이다.
도 3은 도 1에서 도면부호 II로 표시된 사이드 채널 컴프레서의 단면을 도시한 확대도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 분리 영역을 포함한 사이드 채널 컴프레서를 도시한 개략적 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 분리 영역을 포함한 사이드 채널 컴프레서를 도시한 개략적 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 분리 영역을 포함한 사이드 채널 컴프레서를 도시한 개략적 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 분리 영역을 포함한 사이드 채널 컴프레서를 도시한 개략적 단면도이다.
도 1에 따른 도면은 본 발명에 따른 사이드 채널 컴프레서(1)의 개략적 단면도이다.
이 경우, 사이드 채널 컴프레서(1)는, 수평으로 연장되는 회전축(4)을 중심으로 회전 가능하게 하우징(3) 내에 장착되는 컴프레서 임펠러(2)를 포함한다. 이 경우, 구동부(6), 특히 전기 구동부(6)는 컴프레서 임펠러(2)의 회전 구동부(6)로서 이용된다. 컴프레서 임펠러(2)는 구동 샤프트(9) 상에 회전 고정 방식으로 배치되며, 그리고 특히 압입 끼워 맞춤에 의해 구동 샤프트(9)와 연결된다. 컴프레서 임펠러(2)는 내부 컴프레서 임펠러 허브(10)를 포함하며, 컴프레서 임펠러 허브(10)는 공동부를 포함하고, 이 공동부를 통해 구동 샤프트(9)가 끼워진다. 또한, 컴프레서 임펠러 허브(10)는 회전축(4)의 반대 방향으로 향하는 측에서 순환하는 방식으로 허브 푸트(12)(hub foot)를 통해 한정된다. 허브 푸트(12)에서부터 바깥쪽을 향해 회전축(4)으로부터 이격되는 방향으로, 컴프레서 임펠러(2)는 순환하는 원형 허브 디스크(13)를 형성하며, 컴프레서 임펠러(2)는 그 외에도, 외면에서 허브 디스크(13)에 연결되는 이송 셀(28)을 형성한다. 이 경우, 복수의 이송 셀들(28)은 컴프레서 임펠러(2) 내에서 하우징(3)의 순환하는 컴프레서 챔버(30) 내에서 회전축(4)을 중심으로 순환하는 방식으로 연장된다.
또한, 하우징(3)은 컴프레서 챔버(30)의 영역에서 제1 순환하는 사이드 채널(19), 및/또는 제2 순환하는 사이드 채널(21)을 포함한다. 이 경우, 사이드 채널들(19, 21)은, 이송 셀(28)에 대해 축 방향으로 양측에서 연장되는 방식으로, 하우징(3) 내에서 회전축(4)의 방향으로 연장된다. 이 경우, 사이드 채널들(19, 21)은 적어도 하우징(3)의 부분 영역 내에서 회전축(4)을 중심으로 순환하는 방식으로 연장될 수 있으며, 사이드 채널들(19, 21)이 하우징(3) 내에서 형성되어 있지 않은 부분 영역에서 인터럽터 영역(15)이 하우징(3) 내에 형성되며, 인터럽터 영역(15)은 아치형 돌출부들(17)을 포함한다.
구동 샤프트(9)는 일측 단부로 회전축(4)에 대해 축 방향으로 적어도 카르단식으로 구동부(6)와 연결된다. 이 경우, 베어링(27)은 구동 샤프트(9)의 외경 상에서 축 방향으로 구동부(6)와 컴프레서 임펠러(2) 사이에, 특히 컴프레서 임펠러(2)의 허브 푸트(12)와 구동부(6) 사이에 위치된다. 구동 샤프트(9)는 구동부(6)의 반대 방향으로 향해 있는 자신의 측에서 회전축(4)에 대해 축 방향으로 베어링 저널(36)을 형성하며, 베어링 저널(36)의 영역에는 추가 베어링(27)이 위치된다. 베어링들(27)은 구름 베어링(27), 특히 볼 베어링(27)일 수 있다.
또한, 하우징(3)은 기체 유입 개구부(14) 및 기체 유출 개구부(16)를 형성한다. 이 경우, 기체 유입 개구부(14)와 기체 유출 개구부(16)는 특히 하나 이상의 사이드 채널(19, 21)을 통해 상호 간에 유체로 연결된다.
토크는 구동부(6)에서부터 컴프레서 임펠러 허브(10)를 경유하여 컴프레서 임펠러(2)로 전달된다. 이 경우, 컴프레서 임펠러(2)는 회전 이동되며, 그리고 이송 셀(28)은 회전 이동 중에 회전축(4)을 중심으로 순환하는 방식으로 하우징(3) 내에서 컴프레서 챔버(30)를 통과하여 유동 방향(47)의 방향으로 이동된다(도 2 참조). 이 경우, 이미 컴프레서 챔버(30) 내에 위치되는 기상 매체는 이송 셀(28)을 통해 함께 이동되고 이와 동시에 이송되고, 그리고/또는 압축된다. 또한, 기상 매체의 이동, 특히 유동 교환은 이송 셀(28)과 하나 이상의 사이드 채널(19, 21) 사이에서 실행된다. 이 경우, 이송 작용을 위해 결정적인 사항은, 작동 중에 각각의 사이드 채널(19, 21) 안쪽에서 순환 유동(26)이 형성될 수 있다는 점이다. 이는, 사이드 채널들(19, 21)이 분리 영역(35) 내의 표면 쌍 형성부들에 의해 상호 간에 공압적으로 분리되는 것을 통해 달성된다. 이는, 일반적으로, 언급한 표면 쌍 형성부들 간의 최대한 작은 유격을 통해 달성된다. 또한, 특히 연료 전지(39)에서 기인하는 사용되지 않은 순환 매체인 기상 매체는 기체 유입 개구부(14)를 경유하여 사이드 채널 컴프레서(1)의 컴프레서 챔버(30) 내로 유입되고, 그리고/또는 사이드 채널 컴프레서(1)로 공급되고, 그리고/또는 기체 유입 개구부(14)가 상류에 배치되어 있는 영역에서부터 흡입된다. 이 경우, 기상 매체는, 통과 수행 후에, 사이드 채널 컴프레서(1)의 기체 유출 개구부(16)를 통해 배출되어 연료 전지 시스템(37) 내로 유입된다. 또한, 회전축(4)에 직각으로, 그리고 대칭으로 중심에서 컴프레서 임펠러(2)의 단면 기하구조를 통과하여 연장되는 대칭축(48)도 도시되어 있다.
또한, 도 1에는, 하우징(3)의 컴프레서 챔버(30) 내에, 회전축(4)을 중심으로 순환하는 하나 이상의 에지부(5)가 배치되고, 순환하는 에지부(5)는 특히 하우징(3)과 컴프레서 임펠러(2) 사이의 분리 영역(35) 내에 배치된다. 이 경우, 분리 영역(35)은, 각각 일측 부품이, 특히 각각 하나의 순환하는 첨단(11)을 구비한 하나 이상의 순환 에지부(5)를 포함하고 각각 타측 부품은 순환하면서 적어도 거의 평면인 상대 표면(23)을 포함하는 방식으로, 부품들, 즉 컴프레서 임펠러(2) 및 하우징(3)의 표면 쌍 형성을 통해 형성된다. 분리 영역(35)에 의해서는, 이송 셀(28) 및/또는 각각의 사이드 채널(19, 21)이 상호 간에 캡슐화될 수 있고, 그리고/또는 각각의 사이드 채널(19, 21)은 하우징(3)의, 회전축(4)과 관련하여 반경 방향에서 안쪽에 위치하는 영역(50) 및/또는 회전축(4)과 관련하여 반경 방향에서 바깥쪽에 위치하는 영역(52)으로부터 캡슐화될 수 있다. 사이드 채널 컴프레서(1)의 결정된 작동 상황에서, 사이드 채널(19, 21)에서부터 바깥쪽에 위치하는 영역(52) 내로 기상 매체의 적어도 부분적이고 극미한 통과가 적어도 일시적으로 수행될 수 있다. 이 경우, 에지부들(5)은 분리 영역(35) 내에서 회전축(4)을 중심으로 순환하는 방식으로 하우징(3) 상의 제1 지름 영역(20) 및/또는 제2 지름 영역(22) 내에 형성된다. 이 경우, 에지부들(5)의 첨단들(11)은 회전축(4)에 대해 축 방향으로 컴프레서 임펠러(2) 상의 상대 표면(23) 쪽으로 배향되고, 제1 지름 영역(20)은 회전축(4)에 대해 반경 방향으로 사이드 채널들(19, 21)의 내경에서 사이드 채널들을 한정하며, 제2 지름 영역(22)은 회전축(4)에 대해 반경 방향으로 사이드 채널들(19, 21)의 외경에서 사이드 채널들을 한정한다. 그 외에도, 캡슐화를 통해, 기상 매체가 이송 셀(28)의 영역 및/또는 사이드 채널들(19, 21)에서부터 사이드 채널 컴프레서(1)의 안쪽에 위치하는 영역(50) 및/또는 바깥쪽에 위치하는 영역(52) 내로 전진할 수 있는 점이 방지된다. 그렇게 하여, 그 밖에도, 안쪽에 위치하는 영역(50) 내에 위치되는 부품들, 즉 구동부(6) 및/또는 베어링(27) 및/또는 구동 샤프트(9)가 손상되는 점도 방지된다. 전기 구동부(6)의 경우에서는, 무거운 성분인 물 또는 수소의 침투는 단락을 야기할 수 있고, 그리고/또는 구동부(6)의 전기 또는 연자기성 부품들의 손상을 야기할 수 있다. 이는, 전체 사이드 채널 컴프레서(1)의 작동을 제한할 수 있으며, 그리고 심지어는 고장을 야기할 수 있다.
도 2에는, 도 1에서 도면부호 A-A로 표시된 사이드 채널 컴프레서(1)의 단면이 확대도로 도시되어 있으며, 상기 단면에는 하우징(3), 기체 유입 개구부(14), 기체 유출 개구부(16), 대칭축(48), 인터럽터 영역(15), 사이드 채널(19), 및 매체의 유동 방향(47)이 도시되어 있다.
도 2에 도시된 것처럼, 인터럽터 영역(15)은 회전축(4)을 중심으로 순환하는 방식으로 하우징(3) 내에, 특히 기체 유입 개구부(14)와 기체 유출 개구부(16) 사이에 위치된다. 기상 매체는 컴프레서 임펠러(2)를 통해 이송되고, 그리고/또는 그와 동시에 기체 유입 개구부(14)에서부터 기체 유출 개구부(16) 쪽으로 유동하며, 그리고 이와 동시에 적어도 부분적으로 사이드 채널들(19, 21)을 관류한다. 이 경우, 유동 방향(47)으로 기체 유입 개구부(14)에서부터 기체 유출 개구부(16) 쪽으로 순환이 진행됨에 따라, 이송 셀(28) 내에서, 특히 컴프레서 임펠러(2)의 이송 셀(28) 내에서, 그리고 사이드 채널들(19, 21) 내에서 기상 매체의 압축 및/또는 압력 및/또는 유동 속도는 증가된다. 인터럽터 영역(15)을 통해서는 압력 측과 흡입 측의 분리가 야기되며, 흡입 측은 기체 유입 개구부(14)의 영역 내에 위치되고 압력 측은 기체 유출 개구부(16)의 영역 내에 위치된다. 여기서는, 기체 유입 개구부(14)와 기체 유출 개구부의 사이에서 인터럽터 영역(15)이, 연이어 배치되는 복수의 아치형 돌출부들(17)을 포함하는 점이 도시되어 있다. 이 경우, 아치형 돌출부들(17)은 유동 방향(47)으로 계단형으로 연장될 수 있거나, 또는 유동 방향(47)과 반대 방향으로 계단형으로 연장될 수 있다. 이와 관련하여, 도 2에는, 돌출부들(17)의 단부들은 대칭축(48)의 방향으로 사이드 채널(19)의 중심에서부터 각각의 제1 또는 제2 지름 영역(20, 22) 쪽으로 유동 방향(47)으로 선행하는 방식으로 연장되어 있는 제1 실시형태가 도시되어 있다. 또한, 또 다른 실시형태에서는, 돌출부들(17)은 대칭축(48)의 방향으로 사이드 채널(19)의 중심에서부터 각각 제1 또는 제2 지름 영역(20, 22) 쪽으로 유동 방향(47)으로 후행하는 방식으로 연장될 수 있다. 돌출부들(17)의 상기 유형의 배치 및 형성은, 흡입 측과 압력 측 간의 효과적인 분리가 인터럽터 영역(15)을 통해 수행될 수 있다는 장점을 제공한다. 이런 분리는, 연료 전지 시스템(37) 내에서 기상 매체의 효과적인 이송이 보장될 수 있으면서 압력 측에서부터 흡입 측 쪽으로 기상 매체의 역류 및/또는 압력 소멸이 인터럽터 영역(15)을 통해 수행되는 점은 방지되도록 하기 위해 필요하다. 이 경우, 압력은 인터럽터 영역(15) 내에 연이어 배치되는 아치형 돌출부들(17)을 통해 점진적으로 소멸되며, 그럼으로써 압력 측과 유입 측 간의 차압이 점점 소멸되게 된다. 또한, 이 경우, 바람직하게는, 아치형 돌출부들(17)은 계단형으로 연장되며, 돌출부들의 단부들은 선행하거나 후행하는 방식으로 연장되며, 그럼으로써 차압의 균일한 소멸이 나타나고 유동 파열로 인한 부정적인 효과들은 나타나지 않을 수 있게 된다. 그렇게 하여, 인터럽터 영역(15) 내의 압력 손실은 감소되고, 사이드 채널 컴프레서(1)의 효율은 증가한다.
그 밖에도, 하우징(3)이 제1 지름 영역(20) 내에, 그리고 제2 지름 영역(22) 내에 각각 하나 이상의 순환하는 에지부(5)를 포함하는 점도 도시되어 있다. 이 경우, 도 2에 도시된 것처럼, 제1 지름 영역(20)은 내경에서 제1 사이드 채널(19) 및/또는 제2 사이드 채널(21)을 한정하는 반면, 그와 동시에 제2 지름 영역(22)은 외경에서 제1 사이드 채널(19) 및/또는 제2 사이드 채널(21)을 한정한다.
도 3에는, 도 1에 도면부호 II로 표시된 사이드 채널 컴프레서(1)의 단면이 확대도로 도시되어 있다. 여기서는, 부품들, 즉 컴프레서 임펠러(2) 및 하우징(3)의 표면 쌍 형성을 통해 형성되는 분리 영역(35)이 도시되어 있다. 이 경우, 두 부품들 중 일측 부품은 상대 표면(23)을 형성하는 반면, 각각 타측 부품은 회전축(4)을 중심으로 순환하는 에지부들(5)을 형성하며, 에지부들은 상대 표면(23)으로 향해 있는 측에서 첨단들(11)을 형성한다. 이런 분리 영역(35)의 본 발명에 따른 형성의 장점은, 한편으로, 특히 적어도 거의 평면인 2개의 상대 표면들(23)로 구성된 표면 쌍 형성을 갖는 분리 영역(35)에 비해, 액수의 축적이 방지되거나, 적어도 어려워진다는 점에 있다. 이는, 액수가, 에지부들(5)과 상대 표면(23) 사이의 분리 영역(35) 내에서 축적 시, 에지부들(5)과 상대 표면(23) 간의 공간을 충전하기 위해, 큰 표면을 형성해야만 한다는 점에서 기인한다. 이는, 특히 에지부들(5)과 상대 표면(23) 간의 이격 간격이 작은 경우에 적용되며, 작은 이격 간격은 캡슐화 작용을 목적으로 의도되어야 하고, 특히 수소 이송의 경우 임펠러와 하우징 간의 기능 관련 간극이 매우 작게 치수 설계된다. 그러나 액수의 표면 응력을 기반으로, 표면 에너지를 감소시키기 위한, 다시 말해 액수의 전체 표면 상에서 분자 평면 상의 개방 결합을 포화시키기 위한 물리적 노력이 항상 실행된다. 이 경우, 액수는 최대한 작은 표면을 갖는 상태를 추구한다. 물 분자의 경우, 물 부분(water portion)의 내부에 위치되는 것이 에너지론에서 보다 더 유효한데, 그 이유는 여기서는 인력들(force of attraction)이 상호 간에 무효화시키기 때문이다. 그러므로 물 부분은, 최대한 적은 물 분자가 표면 상에 위치하기만 되도록 하기 위해, 항상 최대한 작은 표면을 형성하게 된다. 액수에서 이런 물리적 효과는, 분리 영역(35)에서, 특히 에지부들(5)과 상대 표면(23) 사이의 영역에서부터 직접적인 배출이 수행되는 것을 보장하는데, 그 이유는 액수의 형성될 표면이 여기서는 중간 공간을 채우기 위해 특히 크기 때문이다. 이런 경우, 발생하는 힘은, 이상적으로 형성된 액적 형태(drip form) 및/또는 볼 형태에 비해 분리 영역(35) 내에서 액수의 큰 표면 형태 사이에서 에너지 레벨 변화량 및 물의 표면 응력과 동일한 크기이다. 이런 효과는, 특히 다른 액체들에 비해, 액수의 경우 매우 큰데, 그 이유는 표면 응력의 크기가 실질적으로 액체 분자들 간의 인력들의 세기에 따라 결정되기 때문이다. 물은, 물 분자의 높은 극성, 및 그로 인해 강력한 수소 브리지 결합의 결과로서, 매우 큰 표면 응력을 갖는다. 그렇게 하여, 물과 공기 간의 표면은 신장되고 탄력적인 피부처럼 작용한다. 따라서, 비록 예컨대 중력 효과 및/또는 원심력 효과와 같이 추가로 보조하는 효과들이 액수에 작용하지 않는다고 하더라도, 분리 영역(35)에서부터의 액수의 효과적인 유출 이동이 야기될 수 있다.
에지부들(5)과 상대 표면(23)의 상호 간에, 그리고 특히 회전축(4)에 대해 상대적인 배치는 또 다른 실시예들로 도 4 내지 도 7에 도시되어 있다. 그러나 이 경우 본 발명은 여기서 기술되는 실시예들 및 이들 실시예에서 강조되는 양태들로 제한되지 않는다. 오히려, 청구범위를 통해 명시되는 범위 이내에서, 통상의 기술자의 취급 범위에 있는 다수의 변형들이 가능하다.
도 4에는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 분리 영역(35)을 포함한 사이드 채널 컴프레서(1)의 개략적 단면도가 도시되어 있다. 여기서는, 분리 영역(35) 내의 에지부들(5)이 회전축(4)을 중심으로 순환하는 방식으로 하우징(3) 상의 제1 지름 영역(20) 및/또는 제2 지름 영역(22) 내에 형성되고, 에지부들(5)의 첨단들(11)은 회전축(4)에 대해 반경 방향으로 컴프레서 임펠러(2) 상의 상대 표면(23) 쪽으로 배향되며, 제1 지름 영역(20)은 회전축(4)에 대해 반경 방향으로 이송 셀(28)의 내경에서부터 컴프레서 임펠러(2)의 허브 디스크(13)까지 연장되는 반면, 제2 지름 영역(22)은 회전축(4)에 대해 반경 방향으로 이송 셀(28)의 외경(22)에서부터, 하우징(3) 내에서 바깥쪽에 위치하고 캡슐화된 영역(52)의 외경까지 연장되는 점이 도시되어 있다. 또한, 하우징(3)이 제2 지름 영역(22) 내에, 회전축(4)을 중심으로 순환하는 그루브(46)를 포함하는 점도 도시되어 있다. 이 경우, 그루브(46)는, 예컨대 압력 또는 원심력으로 인해, 표면 응력의 효과를 통해 분리 영역(35)에서부터 다시 사이드 채널들(19, 21) 중 하나의 사이드 채널 내로 배출되지 않는 액수를 수집하기 위해 이용된다. 따라서, 이런 경우에, 액수는 분리 영역(35)에서부터 그루브(46)의 영역 내로 안내될 수 있으며, 이 그루브에서부터 액수는 특히 추가 연결 채널에 의해 사이드 채널 컴프레서(1) 바깥쪽의 영역 내로 안내된다. 또 다른 실시형태에서, 그루브(46)는, 사이드 채널들(19, 21)의 영역에서부터 무거운 성분들, 특히 질소를 포집하기 위해 이용될 수 있다. 첨단들(11)을 구비하여 회전축(4)을 중심으로 순환하는 에지부들(5)과, 특히 제1 지름 영역(20) 내의 상대 표면(23) 간의 작은 이격 간격을 통해, 안쪽에 위치하는 영역(50)으로부터 사이드 채널들(19, 21)의 신뢰성 있는 캡슐화가 보장된다. 도 4에 도시되지 않은 또 다른 실시형태에서, 사이드 채널 컴프레서(1)는 컴프레서 임펠러(2) 상에 에지부들(5)을 형성할 수 있는 반면, 상대 표면(23)은 하우징(3) 상에 형성된다. 이 경우, 분리 영역(35) 내의 에지부들(5)은 회전축(4)을 중심으로 순환하는 방식으로 컴프레서 임펠러(2) 상의 제1 지름 영역(20) 및/또는 제2 지름 영역(22) 내에 형성되며, 에지부들(5)의 첨단들(11)은 회전축(4)에 대해 반경 방향으로 하우징(3) 상의 상대 표면(23) 쪽으로 배향되며, 제1 지름 영역(20)은 회전축(4)에 대해 반경 방향으로 이송 셀(28)의 내경에서 이송 셀을 한정하고, 제2 지름 영역(22)은 회전축(4)에 대해 반경 방향으로 이송 셀(28)의 외경에서 이송 셀을 한정한다.
도 5에는, 컴프레서 임펠러(2)가 제3 지름 영역(38) 및 제4 지름 영역(40)에, 순환하는 상대 표면(23)을 포함하고, 상대 표면(23)은 회전축(4)의 방향으로, 선형이면서 회전축(4)에 대해 만곡된, 특히 순환하는 원추형인 프로파일을 포함하며, 상대 표면(23)의 프로파일은 특히 대칭으로 대칭축(48)으로부터 이격되면서 회전축(4)의 2개의 방향들로 연장되며, 에지부들(5)의 첨단들(11)은 하우징(3) 상에서 상대 표면(23)에 대해 직각으로 컴프레서 임펠러(2) 쪽으로 배향되며, 제3 지름 영역(38)은 회전축(4)에 대해 반경 방향으로 이송 셀(28)의 내경에서 이송 셀을 한정하고, 제4 지름 영역(40)은 회전축(4)에 대해 반경 방향으로 이송 셀(28)의 외경에서 이송 셀을 한정하는 점이 도시되어 있다. 순환하고 만곡된 프로파일을 포함하는 사이드 채널 컴프레서(1)의 표면 쌍 형성부들의 상기 원추형 프로파일을 통해, 분리 영역(35)에서부터의 액수의 보다 더 나은 배출이 수행될 수 있는데, 그 이유는, 두 만곡된 상대 표면들(23) 중 하나 이상이 적합하게 중력의 작용 방향 쪽으로 배향되므로, 두 만곡된 상대 표면들(23) 중 하나가 액수의 최적의 배출을 가능하게 하기 때문이다. 그렇게 하여, 액수는 상기 기능 관련 영역에서부터 보다 더 용이하게 배출될 수 있으며, 한편으로, 회전축(4)에서부터 반경 방향에서 이격 방향으로 연장되는 원심력을 기반으로, 특히 컴프레서 임펠러(2)의 회전 이동을 통해 기상 매체 및/또는 액수에 야기되는 원심력을 기반으로, 제3 지름 영역(38)에서 분리 영역(35)에서부터 각각의 사이드 채널(19, 21) 쪽으로, 특히 액수의 배출이 수행된다. 그에 따라, 안쪽에 위치하는 영역(50) 내로 기상 매체 및/또는 액수의 침투는 방지된다. 다른 한편으로는, 특히 회전축(4)으로부터 반경 방향에서 이격 방향으로 연장되는 원심력을 기반으로, 특히 컴프레서 임펠러(2)의 회전 이동을 통해 기상 매체 및/또는 액수에 야기되는 원심력을 기반으로, 제4 지름 영역(40)에서 분리 영역(35)에서부터 (도 5에 분명하게 도시되지 않은) 순환하는 그루브(46) 쪽으로 특히 액수의 배출이 보장된다. 또한, 사이드 채널(19, 21) 내에 위치되는 기상 매체가 분리 영역(35)의 경계 영역에서부터 원심력을 기반으로 유출되고 그렇게 하여 액수가 분리 영역(35)에서부터 흡입된다면, 분리 영역(35)에서, 특히 제1 지름 영역(20)에서 액수에 대한 흡입 작용 역시도 수행될 수 있다.
도 6에는, 하우징(3)이 제1 지름 영역(20) 및/또는 제2 지름 영역(22)에, 순환하는 상대 표면(23)을 포함하고, 상대 표면(23)은 회전축(4)의 방향으로, 선형이면서 회전축(4)에 대해 만곡된, 특히 순환하는 원추형인 하나 이상의 프로파일을 포함하며, 상대 표면(23)의 프로파일은 특히 대칭으로 대칭축(48)에서부터 이격되면서 회전축(4)의 2개의 방향들로 연장되며, 컴프레서 임펠러(2) 상의 에지부들(5)의 첨단들(11)은 상대 표면(23)에 대해 직각으로 하우징(3) 쪽으로 배향되며, 제1 지름 영역(20)은 회전축(4)에 대해 반경 방향으로 사이드 채널들(19, 21)의 내경에서 사이드 채널들을 한정하고, 제2 지름 영역(22)은 회전축(4)에 대해 반경 방향으로 사이드 채널들(19, 21)의 외경에서 사이드 채널들을 한정하는 점이 도시되어 있다. 상대 표면의 순환하는 원추형 프로파일은, 이미 도 5에서 기술한 원심력을 기반으로, 분리 영역(35), 특히 에지부들(5)과 상대 표면(23) 사이의 영역에서부터 액수를 배출시키는 동일한 장점들을 포함한다.
도 7에는, 분리 영역(35) 내의 에지부들(5)이 회전축(4)을 중심으로 순환하는 방식으로 컴프레서 임펠러(2) 상의 제3 지름 영역(38) 및/또는 제4 지름 영역(40) 내에 형성되며, 에지부들(5)의 첨단들(11)은 회전축(4)에 대해 축 방향으로 하우징(3) 내의 상대 표면(23) 쪽으로 배향되며, 제3 지름 영역(38)은 회전축(4)에 대해 반경 방향으로 이송 셀(28)의 내경에서 이송 셀을 한정하며, 제4 지름 영역(40)은 회전축(4)에 대해 반경 방향으로 이송 셀(28)의 외경에서 이송 셀을 한정하는 점이 도시되어 있다. 도 7에 기술되는, 에지부들(5)과 상대 표면(23)의 상호 간에 상대적인 배치의 실시예는 도 1에 기술된 실시예와 유사하며, 도 7에서 에지부들(5)은 컴프레서 임펠러(2) 상에 배치되고 상대 표면(23)은 하우징 상에 배치되며, 이런 실시예는 도 1의 실시예에서 기술된 것과 동일한 장점들을 제공한다.

Claims (12)

  1. 기상 매체의 이송, 압축 또는 이송 및 압축을 위한 연료 전지 시스템(37)용 사이드 채널 컴프레서(1)로서, 상기 사이드 채널 컴프레서는, 하우징(3)과; 하나 이상의 주회하는 사이드 채널(19, 21)을 포함하여 하우징(3) 내에 위치되는 컴프레서 챔버(30)와; 하우징(3) 내에 위치되고 회전축(4)을 중심으로 회전 가능하게 배치되는 컴프레서 임펠러(2)이며, 컴프레서 챔버(30)의 영역에서 자신의 주연 상에 배치되는 이송 셀들(28)을 포함하는 상기 컴프레서 임펠러(2)와; 각각 하우징(3) 상에 형성되어 컴프레서 챔버(30), 2개의 사이드 채널들(19, 21)을 통해 상호 간에 유체로 연결되는 기체 유입 개구부(14) 및 기체 유출 개구부(16)를; 포함하며, 컴프레서 챔버(30)의 영역에서 각각의 사이드 채널(19, 21)의 캡슐화는 컴프레서 임펠러(2) 및 하우징(3)의 표면들이 쌍을 이룸으로써 형성되는 하나 이상의 분리 영역(35)을 통해 수행되는, 상기 연료 전지 시스템용 사이드 채널 컴프레서에 있어서,
    하나 이상의 분리 영역(35)은, 컴프레서 임펠러(2) 및 하우징(3) 중 하나가, 주회하는 첨단들(11)을 구비하여 주회하는 에지부들(5)을 포함하고 컴프레서 임펠러(2) 및 하우징(3) 중 나머지 하나가 주회하면서 적어도 거의 평면인 상대 표면(23)을 포함하는 방식으로, 컴프레서 임펠러(2) 및 하우징(3)의 표면들이 쌍을 이룸으로써 형성되고,
    하우징(3)은 기체 유입 개구부(14)와 기체 유출 개구부(16) 사이에 인터럽터 영역(15)을 구비하고, 상기 인터럽터 영역(15)은 연이어 배치되는 복수의 아치형 돌출부들(17)을 구비하고, 아치형 돌출부들(17)은 유동 방향(47)으로 계단형으로 연장될 수 있거나, 또는 유동 방향(47)과 반대 방향으로 계단형으로 연장되는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템용 사이드 채널 컴프레서(1).
  2. 제1항에 있어서, 하나 이상의 분리 영역(35)은, 사이드 채널들(19, 21)을 상호 간에 캡슐화하거나, 영역(50) 및 영역(52) 중 적어도 하나의 영역으로부터 각각의 사이드 채널(19, 21)을 캡슐화하거나, 사이드 채널들(19, 21)을 상호 간에 캡슐화하며 영역(50) 및 영역(52) 중 적어도 하나의 영역으로부터 각각의 사이드 채널(19, 21)을 캡슐화하고,
    상기 영역(50)은 하우징(3)의 회전축(4)과 관련하여 반경 방향에서 안쪽에 위치하고, 상기 영역(52)은 하우징(3)의 회전축(4)과 관련하여 반경 방향에서 바깥쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템용 사이드 채널 컴프레서(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 분리 영역(35) 내의 에지부들(5) 및 상대 표면(23)은 회전축(4)을 중심으로 주회하는 방식으로 연장되는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템용 사이드 채널 컴프레서(1).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 분리 영역(35) 내의 에지부들(5)은 회전축(4)을 중심으로 주회하는 방식으로 하우징(3) 상의 제1 지름 영역(20) 및 제2 지름 영역(22) 중 적어도 하나의 지름 영역 내에 형성되며, 에지부들(5)의 첨단들(11)은 회전축(4)에 대해 축 방향으로 컴프레서 임펠러(2) 상의 상대 표면(23) 쪽으로 배향되며, 제1 지름 영역(20)은 회전축(4)에 대해 반경 방향으로 사이드 채널들(19, 21)의 내경에서 사이드 채널들을 한정하고, 제2 지름 영역(22)은 회전축(4)에 대해 반경 방향으로 사이드 채널들(19, 21)의 외경에서 사이드 채널들을 한정하는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템용 사이드 채널 컴프레서(1).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 분리 영역(35) 내의 에지부들(5)은 회전축(4)을 중심으로 주회하는 방식으로 컴프레서 임펠러(2) 상의 제3 지름 영역(38) 및 제4 지름 영역(40) 중 적어도 하나의 지름 영역 내에 형성되며, 에지부들(5)의 첨단들(11)은 회전축(4)에 대해 축 방향으로 하우징(3) 내의 상대 표면(23) 쪽으로 배향되며, 제3 지름 영역(38)은 회전축(4)에 대해 반경 방향으로 이송 셀(28)의 내경에서 이송 셀을 한정하고, 제4 지름 영역(40)은 회전축(4)에 대해 반경 방향으로 이송 셀(28)의 외경에서 이송 셀을 한정하는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템용 사이드 채널 컴프레서(1).
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 분리 영역(35) 내의 에지부들(5)은 회전축(4)을 중심으로 주회하는 방식으로 하우징(3) 상의 제1 지름 영역(20) 및 제2 지름 영역(22) 중 적어도 하나의 지름 영역 내에 형성되며, 에지부들(5)의 첨단들(11)은 회전축(4)에 대해 반경 방향으로 컴프레서 임펠러(2) 상의 상대 표면(23) 쪽으로 배향되며, 그리고 제1 지름 영역(20)은 회전축(4)에 대해 반경 방향으로 이송 셀(28)의 내경에서부터 컴프레서 임펠러(2)의 허브 디스크(13)까지 연장되는 반면, 제2 지름 영역(22)은 회전축(4)에 대해 반경 방향으로 이송 셀(28)의 외경(22)에서부터, 하우징(3) 내에서 바깥쪽에 위치하고 캡슐화된 영역(52)의 외경까지 연장되는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템용 사이드 채널 컴프레서(1).
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 분리 영역(35) 내의 에지부들(5)은 회전축(4)을 중심으로 주회하는 방식으로 컴프레서 임펠러(2) 상의 제1 지름 영역(20) 및 제2 지름 영역(22) 중 적어도 하나의 지름 영역 내에 형성되며, 에지부들(5)의 첨단들(11)은 회전축(4)에 대해 반경 방향으로 하우징(3) 상의 상대 표면(23) 쪽으로 배향되며, 제1 지름 영역(20)은 회전축(4)에 대해 반경 방향으로 이송 셀(28)의 내경에서 이송 셀을 한정하고, 제2 지름 영역(22)은 회전축(4)에 대해 반경 방향으로 이송 셀(28)의 외경에서 이송 셀을 한정하는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템용 사이드 채널 컴프레서(1).
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 컴프레서 임펠러(2)는 제3 지름 영역(38) 및 제4 지름 영역(40) 중 적어도 하나의 지름 영역에, 주회하는 상대 표면(23)을 포함하며, 상대 표면(23)은 회전축(4)의 방향으로, 선형이면서 회전축(4)에 대해 만곡되는 프로파일을 포함하며, 상대 표면(23)의 프로파일은 대칭축(48)으로부터 이격되면서 회전축(4)의 2개의 방향들로 연장되며, 에지부들(5)의 첨단들(11)은 하우징(3) 상에서 상대 표면(23)에 대해 직각으로 컴프레서 임펠러(2) 쪽으로 배향되며, 그리고 제3 지름 영역(38)은 회전축(4)에 대해 반경 방향으로 이송 셀(28)의 내경에서 이송 셀을 한정하고, 제4 지름 영역(40)은 회전축(4)에 대해 반경 방향으로 이송 셀(28)의 외경에서 이송 셀을 한정하는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템용 사이드 채널 컴프레서(1).
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하우징(3)은 제1 지름 영역(20) 및 제2 지름 영역(22) 중 적어도 하나의 지름 영역에, 주회하는 상대 표면(23)을 포함하며, 상대 표면(23)은 회전축(4)의 방향으로, 선형이면서 회전축(4)에 대해 만곡되는 하나 이상의 프로파일을 포함하고, 상대 표면(23)의 프로파일은 대칭축(48)으로부터 이격되면서 회전축(4)의 2개의 방향들로 연장되며, 그리고 에지부들(5)의 첨단들(11)은 컴프레서 임펠러(2) 상에서 상대 표면(23)에 대해 직각으로 하우징(3) 쪽으로 배향되며, 그리고 제1 지름 영역(20)은 회전축(4)에 대해 반경 방향으로 사이드 채널들(19, 21)의 내경에서 사이드 채널들을 한정하고, 제2 지름 영역(22)은 회전축(4)에 대해 반경 방향으로 사이드 채널들(19, 21)의 외경에서 사이드 채널들을 한정하는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템용 사이드 채널 컴프레서(1).
  10. 제1항에 있어서, 하우징(3)은 기체 유입 개구부(14)와 기체 유출 개구부(16) 간의 인터럽터 영역(15)을 포함하며, 인터럽터 영역(15)은 연이어 배치되는 복수의 아치형 돌출부들(17)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템용 사이드 채널 컴프레서(1).
  11. 제10항에 있어서, 아치형 돌출부들(17)은 유동 방향(47)으로 계단형으로 연장되거나, 또는 유동 방향(47)과 반대 방향으로 계단형으로 연장되며, 돌출부들(17)의 단부들은 대칭축(48)의 방향으로 사이드 채널(19)의 중심에서부터 각각의 제1 또는 제2 지름 영역(20, 22) 쪽으로 유동 방향(47)으로 선행하거나 후행하는 방식으로 연장되는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템용 사이드 채널 컴프레서(1).
  12. 제4항에 있어서, 하우징(3)은 제2 지름 영역(22)에 회전축(4)을 중심으로 주회하는 그루브(46)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템용 사이드 채널 컴프레서(1).
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