WO2020094373A1 - Verdichter - Google Patents

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WO2020094373A1
WO2020094373A1 PCT/EP2019/078533 EP2019078533W WO2020094373A1 WO 2020094373 A1 WO2020094373 A1 WO 2020094373A1 EP 2019078533 W EP2019078533 W EP 2019078533W WO 2020094373 A1 WO2020094373 A1 WO 2020094373A1
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WO
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housing body
compressor
cooling
stator housing
coolant
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/078533
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen Wessner
Armin Ruf
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Filing date
Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/20—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H02K5/203—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium specially adapted for liquids, e.g. cooling jackets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/14—Casings modified therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/04—Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines
    • F01D5/043—Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines of the axial inlet- radial outlet, or vice versa, type
    • F01D5/046—Heating, heat insulation or cooling means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/5806—Cooling the drive system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/5813—Cooling the control unit

Definitions

  • the invention relates to a compressor with a multi-part housing, in particular for a fuel cell system, and with a cooling.
  • the invention further relates to a method and a kit for
  • a generic compressor is known from international laid-open specification WO 2013/069128 A1.
  • a drive device of a motor vehicle with a fuel cell and an exhaust gas turbocharger which has a compressor for compressing air supplied by the fuel cell and a turbine connected to the compressor, which exhaust gas can be fed to the fuel cell, wherein at least one bearing that can be convectively cooled by means of a coolant flow is provided, the coolant flow supplied to the bearing
  • Exhaust gas turbocharger is removed from the exhaust gas.
  • the object of the invention is to improve a compressor with a multi-part housing, in particular for a fuel cell system, preferably with regard to its manufacture and / or cooling.
  • the task is in a compressor with a multi-part housing, in particular for a fuel cell system, and with cooling, thereby solved that the cooling comprises at least one cooling channel, which is delimited by a stator housing body and by a control housing body.
  • the cooling can be optimized in a simple manner by ideally at least two-part construction of the housing of the compressor.
  • the stator housing body belongs to a stator housing, which represents a first part of the multi-part housing.
  • the stator housing body preferably serves to accommodate a stator, in which a rotor is in turn one
  • the control housing body belongs to a control housing, which represents a second part of the multi-part housing.
  • the stator housing and the control housing itself can in turn be made in several parts.
  • Heat transfer and the sealing of the cooling can be minimized.
  • the production can be optimized in terms of costs by arranging the cooling duct between the stator housing body and the control housing body, for example by means of a die-casting process.
  • Cooling channel boundary surface abuts a second cooling channel boundary surface of the stator housing body.
  • the second cooling channel boundary surface of the stator housing body has the shape of a straight line, for example
  • Cooling channel boundary surface of the stator housing body is formed. It follows from this that the first cooling channel boundary surface of the stator housing body
  • Control housing body is concave, while the second
  • Cooling channel boundary surface of the stator housing body is convex.
  • Another preferred exemplary embodiment of the compressor is characterized in that a seal for sealing the cooling duct is arranged between the two cooling duct boundary surfaces.
  • the shape of the seal is advantageously adapted to the shape of the cooling channel.
  • the seal is essentially labyrinthine, at least in sections.
  • Coolant can be supplied to the control housing body via the coolant connection. Coolant can also flow from the cooling channel via the coolant connection or via a further coolant connection
  • Control housing body are removed.
  • Coolant can be supplied to the cooling duct via the coolant connection of the stator housing body. Via the coolant connection of the stator housing body
  • coolant can also be removed from the cooling channel via the stator housing body.
  • recess is a depression in the first
  • Cooling channel boundary surface executed.
  • the recess can also be designed as a through hole, in particular as a bore, or can be combined with a through hole, in particular a bore.
  • the cooling duct can also have, at least in part, the shape of a thread that extends, in relation to an axis of rotation of the rotor, essentially in a spiral in the cooling duct boundary surface.
  • the stator housing body has at least one recess, which serves to represent the cooling channel.
  • the recess is designed, for example, as a depression in the second cooling channel boundary surface.
  • the recess can also be used as a through hole, in particular as Bore, be carried out or combined with a through hole, in particular a bore.
  • the cooling duct can also have, at least in part, the shape of a thread that extends, in relation to an axis of rotation of the rotor, essentially in a spiral in the cooling duct boundary surface.
  • At least one recess in the stator housing body can also be combined with at least one recess in the control housing body in order to represent the cooling duct or a cooling duct section.
  • the invention also relates to a method for producing, in particular for assembling, a previously described compressor.
  • a coolant chamber which comprises the cooling channel, is advantageously formed only after all housing parts, in particular the stator housing with the stator housing body and the control housing with the control housing body, have been installed.
  • the limitation of the cooling channel both of the stator housing body and of the control housing body results in simple and inexpensive production of relatively complex parts, for example by die casting.
  • the invention further relates to a kit for producing / assembling a compressor described above.
  • Control housing body advantageously allows the use of identical parts, for example for the engine.
  • customer-specific special parts in particular for plug connections or for the coolant connection, as well as for the connection in a vehicle, can be used.
  • freely selectable determination of the inlet and outlet for the coolant in the control housing body and / or in the stator housing body can optimize the sequence for cooling the attached electronics or control and the drive. Complex channel shapes with different cross sections can be used without
  • the invention further relates to a stator housing body, a
  • the invention further relates to a fuel cell system with a compressor described above.
  • FIG. 1 shows a compressor with a multi-part housing for
  • Figure 2 is an enlarged view of a recess for the passage of cooling medium in cross section
  • FIG. 3 shows a compressor similar to that in FIG. 1 with two coolant connections on a control housing body
  • Figure 4 is an enlarged view of a recess for the passage of cooling medium in cross section
  • Figure 5 shows a similar compressor as in Figure 1 according to a third
  • FIG. 6 shows a side view of a coolant connection on the right side of the compressor in FIG. 5;
  • FIG. 7 shows a cooling duct of the compressor from FIG. 1 with a seal in a top view
  • FIG. 8 shows a simplified illustration of an optimized sequence for cooling, the coolant flowing through three parts; and FIG. 9 shows a representation similar to that in FIG. 8, the coolant flowing through two parts.
  • FIGS. 1, 3 and 5 are three different embodiments of a compressor 1; 41; 42 shown in longitudinal section.
  • the same reference numerals are used to designate the same or similar parts.
  • the compressor 1; 41; 42 comprises a rotor 2, which is arranged rotatably about an axis of rotation 3 within a stator 4.
  • the stator 4 is accommodated in a stator housing 5.
  • the stator housing 5 comprises two
  • the stator housing body 6 essentially has the shape of a straight hollow cylinder which is closed at its left end in FIGS. 1, 3 and 5. The right end of the stator housing body 6 in FIGS. 1, 3 and 5 is closed by the stator housing body 7.
  • the rotor 2 and the stator 4 serve to represent an electric motor that drives the compressor 1.
  • the control of the electric motor takes place via a control electronics 13.
  • the control electronics 13 is accommodated together with further electrical components 11, 12 in a control housing 8.
  • the control housing 8 comprises two control housing bodies 9, 10.
  • the control housing body 9 of the control housing 8 is connected to the
  • Stator housing body 6 of the stator housing 5 is installed.
  • the electrical components 11, 12 are arranged together with the control electronics 13 in a cavity 14 of the control housing body 9.
  • Cavity 14 is closed off by the control housing body 10.
  • the control housing body 10 is on with the aid of screw connections 16, 17 attached to the control housing body 9 of the control housing 8 and / or to the stator housing 5.
  • a plug connection connection 15 is provided on the outside of the control housing body 10.
  • the compressor 1 is supplied with direct current via the plug connection 15. The supply of the electric drive of the
  • Compressor 1; 41; 42 with alternating current is generated by the control electronics 13 in the control housing 8.
  • the control housing body 9 has a first radially inside
  • the cooling channel 20 comprises recesses 21, 22, 23, 24 in the
  • Stator housing body 6 are as depressions in the second
  • Cooling channel boundary surface 19 executed.
  • the depressions advantageously have a rectangular cross section, so that the cooling duct 20 takes the form of a spiral-shaped annular groove in the second cooling duct boundary surface 19.
  • the cooling channel 20 is in FIGS. 1 and 5 via a further recess 25 with a coolant connection 27, in FIGS. 1 and 5 on the left
  • Stator housing body 6 in connection.
  • Another coolant connection 28 is provided in FIGS. 1 and 5 on the right on the stator housing body 6.
  • FIG. 1 also shows that, as an alternative or in addition to the recesses 21 to 24, at least one further recess 33 can be provided in the stator housing body 6.
  • the recess 33, together with the recess 21, delimits the spiral cooling channel 20 between the two cooling channel boundary surfaces 18, 19.
  • FIGS. 1, 3 and 5 furthermore show that, alternatively or additionally, coolant connections 29, on the left and right of the control housing body 9,
  • the coolant connection 29 is over a
  • a further recess 37 in the control housing body 9 is indicated in FIG. 3 by dashed lines.
  • the recess 37 connects the coolant connection 30 to the recess 24 of the stator housing body 6.
  • FIG. 2 An enlarged sectional view in FIG. 2 indicates that the recess 25 in the stator housing body 6, at least partially, as
  • Bore can be made with a circular cross section.
  • the bore with the circular cross section starts from the coolant connection 27.
  • the bore with the circular cross section merges into a channel with an angular, for example essentially rectangular, cross section.
  • the channel with the angular cross section can advantageously in Figure 2 from above into the second
  • Cooling channel boundary surface 19 of the stator housing body 6 can be introduced.
  • the second cooling channel delimitation surface 19, viewed in cross section, is circular.
  • FIG. 3 in contrast to FIGS. 1 and 5, no coolant connections (designated in FIGS. 1 and 5 with 27 and 28) are provided on the stator housing body 6.
  • a surface 39 indicates that the stator housing body 7 can be designed as a polygon at its right end in FIG. 3. This simplifies the assembly of the stator housing 5.
  • Recess 30 can have a corresponding dimension in the axial direction.
  • the term axial refers to the axis of rotation 3.
  • Axial means in the direction or parallel to the axis of rotation 3.
  • Analog means radially transverse to
  • FIG. 6 shows the coolant connection 28 from FIG. 5 in a side view.
  • the stator housing body 7 is provided with a recess in order to provide installation space for accommodating the coolant connection 28.
  • a seal 26 is arranged between the cooling duct boundary surfaces 18, 19 for sealing.
  • the seal 26 is shown in plan view.
  • An arrow 51 in FIG. 7 indicates coolant which passes through a passage opening 53 and the recess 35 into the cooling channel 20.
  • a further arrow 52 indicates coolant, which is indicated by a
  • Passage opening 54 exits the cooling channel 20.
  • Cooling channel 20 on the stator housing 5 allows for a smaller one
  • Control housing body 9 the wall thickness is locally further reduced, thus increasing the area for heat transfer.
  • the complete formation of the cooling duct 20 or of a plurality of cooling ducts between the cooling duct boundary surfaces 18, 19 advantageously takes place only after the two housing bodies 6 and 9 have been installed , 9 by die casting.
  • the stator housing 5 is advantageously a common part for different applications.
  • the control housing 8 can be specifically adapted to different requirements. So the consideration of
  • FIGS 8, 9 illustrate two processes for the order of optimized cooling of the compressor 1; 41; 42.
  • the coolant can also first the control housing body 9, then the stator housing body 6 and then again
  • rectangles 68, 69 and arrows 71 to 73 illustrate that only the two housing bodies 6 and 9 or 9 and 6 are alternately flowed through.
  • the coolant is then removed and supplied, for example, via the coolant connections 27, 30; 29, 28.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verdichter (1) mit einem mehrteiligen Gehäuse (5,8), insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, und mit einer Kühlung. Um den Verdichter (1), vorzugsweise im Hinblick auf seine Herstellung und/oder Kühlung, zu verbessern, umfasst die Kühlung mindestens einen Kühlkanal (20), der von einem Statorgehäusekörper (6) und von einem Steuerungsgehäusekörper (9) begrenzt ist.

Description

Beschreibung
Titel
Verdichter
Die Erfindung betrifft einen Verdichter mit einem mehrteiligen Gehäuse, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, und mit einer Kühlung. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren und einen Baukasten zum
Herstellen, insbesondere Montieren, eines derartigen Verdichters.
Stand der Technik
Ein gattungsgemäßer Verdichter ist aus der internationalen Offenlegungsschrift WO 2013/069128 Al bekannt. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2012 221 303 Al ist eine Antriebseinrichtung eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennstoffzelle und einem Abgasturbolader bekannt, der einen Verdichter zum Verdichten von der Brennstoffzelle zugeführter Luft und eine mit dem Verdichter verbundene Turbine aufweist, welcher Abgas der Brennstoffzelle zuführbar ist, wobei wenigstens ein mittels eines Kühlmittelstroms konvektiv kühlbares Lager vorgesehen ist, wobei der dem Lager zugeführte Kühlmittelstrom
strömungstechnisch zwischen der Brennstoffzelle und der Turbine des
Abgasturboladers dem Abgas entnommen ist.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verdichter mit einem mehrteiligen Gehäuse, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, vorzugsweise im Hinblick auf seine Herstellung und/oder Kühlung, zu verbessern.
Die Aufgabe ist bei einem Verdichter mit einem mehrteiligen Gehäuse, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, und mit einer Kühlung, dadurch gelöst, dass die Kühlung mindestens einen Kühlkanal umfasst, der von einem Statorgehäusekörper und von einem Steuerungsgehäusekörper begrenzt ist. Durch einen idealerweise mindestens zweiteiligen Aufbau des Gehäuses des Verdichters kann die Kühlung auf einfache Art und Weise optimiert werden. Der Statorgehäusekörper gehört zu einem Statorgehäuse, das einen ersten Teil des mehrteiligen Gehäuses darstellt. Der Statorgehäusekörper dient vorzugsweise zur Aufnahme eines Stators, in welchem wiederum ein Rotor eines
elektromotorischen Antriebs des Verdichters drehbar angeordnet ist. Der Steuerungsgehäusekörper gehört zu einem Steuerungsgehäuse, das einen zweiten Teil des mehrteiligen Gehäuses darstellt. Das Statorgehäuse und das Steuerungsgehäuse selbst können wiederum mehrteilig ausgeführt sein. Durch die Verwendung des Statorgehäusekörpers und des Steuerungsgehäusekörpers zur Begrenzung des mindestens einen Kühlkanals können die zur Wärmeabfuhr genutzten Wegstrecken deutlich reduziert werden. Darüber hinaus kann die Anzahl der benötigten Teile und der Verbindungsstellen für die
Wärmeübertragung und die Abdichtung der Kühlung minimiert werden. Darüber hinaus kann die Fertigung durch die Anordnung des Kühlkanals zwischen dem Statorgehäusekörper und dem Steuerungsgehäusekörper, zum Beispiel durch ein Druckgussverfahren, im Hinblick auf die Kosten optimiert werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verdichters ist dadurch
gekennzeichnet, dass der Steuerungsgehäusekörper mit einer ersten
Kühlkanalbegrenzungsfläche an einer zweiten Kühlkanalbegrenzungsfläche des Statorgehäusekörpers anliegt. Die zweite Kühlkanalbegrenzungsfläche des Statorgehäusekörpers hat zum Beispiel die Gestalt eines geraden
Zylindermantels. Die Gestalt der ersten Kühlkanalbegrenzungsfläche des Steuerungsgehäusekörpers ist vorteilhaft komplementär zu der zweiten
Kühlkanalbegrenzungsfläche des Statorgehäusekörpers ausgebildet. Daraus ergibt sich, dass die erste Kühlkanalbegrenzungsfläche des
Steuerungsgehäusekörpers konkav ausgebildet ist, während die zweite
Kühlkanalbegrenzungsfläche des Statorgehäusekörpers konvex ausgebildet ist.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verdichters ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Kühlkanalbegrenzungsflächen eine Dichtung zur Abdichtung des Kühlkanals angeordnet ist. Die Gestalt der Dichtung ist vorteilhaft der Gestalt des Kühlkanals angepasst. Die Dichtung ist, in der Draufsicht betrachtet, zumindest abschnittsweise, im Wesentlichen labyrinthartig.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verdichters ist dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerungsgehäusekörper mindestens einen
Kühlmittelanschluss aufweist, der mit dem Kühlkanal in Verbindung steht. Über den Kühlmittelanschluss kann dem Steuerungsgehäusekörper Kühlmittel zugeführt werden. Über den Kühlmittelanschluss oder über einen weiteren Kühlmittelanschluss kann auch Kühlmittel aus dem Kühlkanal über den
Steuerungsgehäusekörper abgeführt werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verdichters ist dadurch gekennzeichnet, dass der Statorgehäusekörper mindestens einen
Kühlmittelanschluss aufweist, der mit dem Kühlkanal in Verbindung steht. Über den Kühlmittelanschluss des Statorgehäusekörpers kann dem Kühlkanal Kühlmittel zugeführt werden. Über den Kühlmittelanschluss des
Statorgehäusekörpers kann auch Kühlmittel aus dem Kühlkanal über den Statorgehäusekörper abgeführt werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verdichters ist dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerungsgehäusekörper mindestens eine
Ausnehmung aufweist, die zur Darstellung des Kühlkanals dient. Die
Ausnehmung ist zum Beispiel als Vertiefung in der ersten
Kühlkanalbegrenzungsfläche ausgeführt. Die Ausnehmung kann aber auch als Durchgangsloch, insbesondere als Bohrung, ausgeführt sein oder mit einem Durchgangsloch, insbesondere einer Bohrung, kombiniert sein. Der Kühlkanal kann auch, zumindest teilweise, die Gestalt eines Gewindegangs aufweisen, der sich, bezogen auf eine Drehachse des Rotors, im Wesentlichen spiralförmig in der Kühlkanalbegrenzungsfläche erstreckt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verdichters ist dadurch gekennzeichnet, dass der Statorgehäusekörper mindestens eine Ausnehmung aufweist, die zur Darstellung des Kühlkanals dient. Die Ausnehmung ist zum Beispiel als Vertiefung in der zweiten Kühlkanalbegrenzungsfläche ausgeführt. Die Ausnehmung kann aber auch als Durchgangsloch, insbesondere als Bohrung, ausgeführt sein oder mit einem Durchgangsloch, insbesondere einer Bohrung, kombiniert sein. Der Kühlkanal kann auch, zumindest teilweise, die Gestalt eines Gewindegangs aufweisen, der sich, bezogen auf eine Drehachse des Rotors, im Wesentlichen spiralförmig in der Kühlkanalbegrenzungsfläche erstreckt. Mindestens eine Ausnehmung in dem Statorgehäusekörper kann auch mit mindestens einer Ausnehmung in dem Steuerungsgehäusekörper kombiniert sein, um den Kühlkanal oder einen Kühlkanalabschnitt darzustellen.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Herstellen, insbesondere zum Montieren, eines vorab beschriebenen Verdichters. Ein Kühlmittelraum, der den Kühlkanal umfasst, wird vorteilhaft erst nach der Montage aller Gehäuseteile, insbesondere des Statorgehäuses mit dem Statorgehäusekörper und des Steuerungsgehäuses mit dem Steuerungsgehäusekörper ausgebildet. Durch die Begrenzung des Kühlkanals sowohl von dem Statorgehäusekörper als auch von dem Steuerungsgehäusekörper ergibt sich eine einfache und kostengünstige Fertigung von relativ komplexen Teilen, zum Beispiel durch Druckguss.
Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Baukasten zum Herstellen/Montieren eines vorab beschriebenen Verdichters. Durch die Trennung des Statorgehäuses mit dem Statorgehäusekörper von dem Steuerungsgehäuse mit dem
Steuerungsgehäusekörper wird vorteilhaft die Verwendung von Gleichteilen, zum Beispiel für den Motor, ermöglicht. Für die Steuerung wiederum können kundenspezifisch, spezielle Teile, insbesondere für Steckverbindungen oder für die Kühlmittelanbindung, sowie für die Anbindung in einem Fahrzeug, verwendet werden. Darüber hinaus kann durch die frei wählbare Festlegung von Zulauf und Ablauf für das Kühlmittel in dem Steuerungsgehäusekörper und/oder in dem Statorgehäusekörper die Reihenfolge für die Kühlung der angebauten Elektronik beziehungsweise Steuerung und des Antriebs optimiert werden. Komplexe Kanalformen mit unterschiedlichen Querschnitten können ohne
Hinterschneidungen einfach gefertigt werden.
Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Statorgehäusekörper, einen
Steuerungsgehäusekörper und/oder eine Dichtung für einen vorab
beschriebenen Verdichter. Die genannten Teile sind separat handelbar. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Brennstoffzellensystem mit einem vorab beschriebenen Verdichter.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Es zeigen:
Figur 1 einen Verdichter mit einem mehrteiligen Gehäuse für ein
Brennstoffzellensystem und mit einer Kühlung im Längsschnitt;
Figur 2 eine vergrößerte Darstellung einer Ausnehmung zum Durchführen von Kühlmedium im Querschnitt;
Figur 3 einen ähnlichen Verdichter wie in Figur 1 mit zwei Kühlmittelanschlüssen an einem Steuerungsgehäusekörper;
Figur 4 eine vergrößerte Darstellung einer Ausnehmung zum Durchführen von Kühlmedium im Querschnitt;
Figur 5 einen ähnlichen Verdichter wie in Figur 1 gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel;
Figur 6 eine Seitenansicht eines Kühlmittelanschlusses auf der in Figur 5 rechten Seite des Verdichters;
Figur 7 einen Kühlkanal des Verdichters aus Figur 1 mit einer Dichtung in der Draufsicht;
Figur 8 eine vereinfachte Darstellung einer optimierten Reihenfolge für die Kühlung, wobei drei Teile von dem Kühlmittel durchströmt werden; und Figur 9 eine ähnliche Darstellung wie in Figur 8, wobei zwei Teile von dem Kühlmittel durchströmt werden.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In den Figuren 1, 3 und 5 sind drei verschiedene Ausführungsbeispiele eins Verdichters 1; 41; 42 im Längsschnitt dargestellt. Zur Bezeichnung gleicher oder ähnlicher Teile werden die gleichen Bezugszeichen verwendet. Um
Wiederholungen zu vermeiden, werden im Folgenden zunächst die
Gemeinsamkeiten der Verdichter 1; 41; 42 beschrieben. Danach wird auf die Unterschiede zwischen den einzelnen Ausführungsbeispielen eingegangen.
Der Verdichter 1; 41; 42 umfasst einen Rotor 2, der um eine Drehachse 3 drehbar innerhalb eines Stators 4 angeordnet ist. Der Stator 4 ist in einem Statorgehäuse 5 untergebracht. Das Statorgehäuse 5 umfasst zwei
Statorgehäusekörper 6, 7.
Der Statorgehäusekörper 6 hat im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Hohlzylinders, der an seinem in den Figuren 1, 3 und 5 linken Ende geschlossen ist. Das in den Figuren 1, 3 und 5 rechte Ende des Statorgehäusekörpers 6 ist durch den Statorgehäusekörper 7 verschlossen.
Der Rotor 2 und der Stator 4 dienen zur Darstellung eines Elektromotors, der den Verdichter 1 antreibt. Die Ansteuerung des Elektromotors erfolgt über eine Steuerelektronik 13. Die Steuerelektronik 13 ist zusammen mit weiteren elektrischen Bauteilen 11, 12 in einem Steuerungsgehäuse 8 untergebracht.
Das Steuerungsgehäuse 8 umfasst zwei Steuerungsgehäusekörper 9, 10. Der Steuerungsgehäusekörper 9 des Steuerungsgehäuses 8 ist an den
Statorgehäusekörper 6 des Statorgehäuses 5 angebaut.
Die elektrischen Bauteile 11, 12 sind zusammen mit der Steuerelektronik 13 in einem Hohlraum 14 des Steuerungsgehäusekörpers 9 angeordnet. Der
Hohlraum 14 ist durch den Steuerungsgehäusekörper 10 abgeschlossen. Der Steuerungsgehäusekörper 10 ist mit Hilfe von Schraubverbindungen 16, 17 an dem Steuerungsgehäusekörper 9 des Steuerungsgehäuses 8 und/oder an dem Statorgehäuse 5 befestigt.
Außen an dem Steuerungsgehäusekörper 10 ist ein Steckverbindungsanschluss 15 vorgesehen. Über den Steckverbindungsanschluss 15 wird der Verdichter 1 mit Gleichstrom versorgt. Die Versorgung des elektrischen Antriebs des
Verdichters 1; 41; 42 mit Wechselstrom wird durch die Steuerelektronik 13 in dem Steuerungsgehäuse 8 erzeugt.
Der Steuerungsgehäusekörper 9 weist radial innen eine erste
Kühlkanalbegrenzungsfläche 18 auf, mit welcher das Steuerungsgehäuse 8 an einer zweiten Kühlkanalbegrenzungsfläche 19 anliegt, die radial außen an dem Statorgehäusekörper 6 ausgebildet ist. Die Kühlkanalbegrenzungsflächen 18, 19 begrenzen einen Kühlkanal 20.
Der Kühlkanal 20 umfasst Ausnehmungen 21, 22, 23, 24 in dem
Statorgehäusekörper 6. Die Ausnehmungen 21 bis 24 in dem
Statorgehäusekörper 6 sind als Vertiefungen in der zweiten
Kühlkanalbegrenzungsfläche 19 ausgeführt. Die Vertiefungen haben vorteilhaft einen rechteckigen Querschnitt, so dass der Kühlkanal 20 die Gestalt einer spiralförmig verlaufenden Ringnut in der zweiten Kühlkanalbegrenzungsfläche 19 erhält.
Der Kühlkanal 20 steht in den Figuren 1 und 5 über eine weitere Ausnehmung 25 mit einem Kühlmittelanschluss 27, in den Figuren 1 und 5 links an dem
Statorgehäusekörper 6, in Verbindung. Ein weiterer Kühlmittelanschluss 28 ist in den Figuren 1 und 5 rechts an dem Statorgehäusekörper 6 vorgesehen.
In Figur 1 sieht man darüber hinaus, dass alternativ oder zusätzlich zu den Ausnehmungen 21 bis 24 in dem Statorgehäusekörper 6 mindestens eine weitere Ausnehmung 33 vorgesehen sein kann. Die Ausnehmung 33 begrenzt in Figur 1 zusammen mit der Ausnehmung 21 den spiralförmig verlaufenden Kühlkanal 20 zwischen den beiden Kühlkanalbegrenzungsflächen 18, 19. In den Figuren 1, 3 und 5 sieht man des Weiteren, dass alternativ oder zusätzlich an dem Steuerungsgehäusekörper 9 links und rechts Kühlmittelanschlüsse 29,
30 vorgesehen sein können. Der Kühlmittelanschluss 29 steht über eine
Ausnehmung 31 des Steuerungsgehäusekörpers 9 mit der Ausnehmung 25 (in den Figuren lund 5) beziehungsweise mit einer weiteren Ausnehmung 35 (in Figur 3) des Statorgehäusekörpers 6 in Verbindung.
In Figur 3 ist durch gestrichelte Linien eine weitere Ausnehmung 37 in dem Steuerungsgehäusekörper 9 angedeutet. Die Ausnehmung 37 verbindet den Kühlmittelanschluss 30 mit der Ausnehmung 24 des Statorgehäusekörpers 6.
In Figur 2 ist durch eine vergrößerte Schnittdarstellung angedeutet, dass die Ausnehmung 25 in dem Statorgehäusekörper 6, zumindest teilweise, als
Bohrung mit einem kreisrunden Querschnitt ausgeführt sein kann. Die Bohrung mit dem kreisrunden Querschnitt geht von dem Kühlmittelanschluss 27 aus. Auf der dem Kühlmittelanschluss 27 abgewandten Seite geht die Bohrung mit dem kreisrunden Querschnitt in einen Kanal mit einem eckigen, zum Beispiel im Wesentlichen rechteckigen, Querschnitt über. Der Kanal mit dem eckigen Querschnitt kann vorteilhaft in Figur 2 von oben in die zweite
Kühlkanalbegrenzungsfläche 19 des Statorgehäusekörpers 6 eingebracht werden. Darüber hinaus sieht man in den Figuren 2, 4 und 6, dass die zweite Kühlkanalbegrenzungsfläche 19, im Querschnitt betrachtet, kreisförmig ist.
In Figur 3 sind an dem Statorgehäusekörper 6, im Unterschied zu den Figuren 1 und 5, keine Kühlmittelanschlüsse (in den Figuren 1 und 5 mit 27 und 28 bezeichnet) vorgesehen. In Figur 3 ist durch eine Fläche 39 angedeutet, dass der Statorgehäusekörper 7 an seinem in Figur 3 rechten Ende als Mehrkant ausgeführt sein kann. Dadurch wird die Montage des Statorgehäuses 5 vereinfacht.
In Figur 4 sieht man, dass die Ausnehmung 24 zur Anbindung an die
Ausnehmung 30 eine entsprechende Abmessung in axialer Richtung aufweisen kann. Der Begriff axial bezieht sich auf die Drehachse 3. Axial bedeutet in Richtung oder parallel zur Drehachse 3. Analog bedeutet radial quer zur
Drehachse 3. In Figur 6 ist der Kühlmittelanschluss 28 aus Figur 5 in einer Seitenansicht dargestellt. Der Statorgehäusekörper 7 ist mit einer Ausnehmung versehen, um Bauraum für die Unterbringung des Kühlmittelanschlusses 28 bereitzustellen.
Zur Abdichtung ist zwischen den Kühlkanalbegrenzungsflächen 18, 19 eine Dichtung 26 angeordnet. In Figur 7 ist die Dichtung 26 in der Draufsicht dargestellt. Durch einen Pfeil 51 ist in Figur 7 Kühlmittel angedeutet, das durch eine Durchtrittsöffnung 53 und die Ausnehmung 35 in den Kühlkanal 20 gelangt. Durch einen weiteren Pfeil 52 ist Kühlmittel angedeutet, das durch eine
Durchtrittsöffnung 54 aus dem Kühlkanal 20 austritt.
Die Anbindung des Steuerungsgehäuses 8 unter Zwischenschaltung des
Kühlkanals 20 an das Statorgehäuse 5 ermöglicht zum einen geringere
Wandstärken der Gehäuse 5, 8. Darüber hinaus können die Wärmeabfuhr und Kühlung der elektronischen Bauteile 11, 12 und der Steuerelektronik 13 in dem Steuerungsgehäuse 8 optimiert werden. Durch die Ausnehmungen 21 bis 14 in dem Statorgehäusekörper 6 und/oder die Ausnehmung 33 in dem
Steuerungsgehäusekörper 9 wird die Wandstärke lokal weiter reduziert und somit die Fläche für den Wärmeübergang vergrößert.
Besonders vorteilhaft liegen nur die beiden Gehäusekörper 6 und 9 im
Wärmefluss. Damit reduzieren sich der Aufwand zur Abdichtung und der Einfluss von parasitären Luftspalten. Die Zugänglichkleit der Kühl Struktur von außen in den Kühlkanalbegrenzungsflächen 18, 19 ermöglicht eine kostengünstige Herstellung der beiden Gehäusekörper 6 und 9 durch Druckguss.
Die vollständige Ausbildung des Kühlkanals 20 beziehungsweise von mehreren Kühlkanälen zwischen den Kühlkanalbegrenzungsflächen 18, 19 erfolgt vorteilhaft erst nach der Montage der beiden Gehäusekörper 6 und 9. Die Zugänglichkeit der Ausnehmungen 21 bis 24 und 33 vor der Montage von außen ermöglicht eine kostengünstige Herstellung beider Gehäusekörper 6, 9 durch Druckguss. Das Statorgehäuse 5 ist vorteilhaft ein Gleichteil für verschiedene Anwendungsfälle. Das Steuerungsgehäuse 8 kann spezifisch an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden. So wird die Berücksichtigung von
kundenspezifischen Wünschen einfacher und ist schneller umsetzbar. Der Ort des Zulaufs und des Ablaufs von Kühlmittel sowie die Reihenfolge der Durchströmung des Kühlkanals 20 beziehungsweise der Kühlkanäle zwischen den Kühlkanalbegrenzungsflächen 18, 19 ist frei wählbar. Die Figuren 8, 9 veranschaulichen zwei Abläufe für die Reihenfolge einer optimierten Kühlung des Verdichters 1; 41; 42.
In Figur 8 ist durch drei Rechtecke 57 bis 59 und durch Pfeile 61 bis 64 angedeutet, dass mit dem Kühlmittel zum Beispiel zunächst der
Statorgehäusekörper 6, dann der Steuerungsgehäusekörper 9 und anschließend wieder der Statorgehäusekörper 6 durchströmt wird. Das Kühlmittel wird dann vorteilhaft über die Kühlmittelanschlüsse 27, 28 zugeführt und abgeführt.
Das Kühlmittel kann aber auch zunächst den Steuerungsgehäusekörper 9, dann den Statorgehäusekörper 6 und anschließend wieder den
Steuerungsgehäusekörper 9 durchströmen. Dann wird das Kühlmittel vorteilhaft über die Kühlmittelanschlüsse 29, 30 zugeführt und abgeführt.
In Figur 9 ist durch Rechtecke 68, 69 und Pfeile 71 bis 73 veranschaulicht, dass nur die beiden Gehäusekörper 6 und 9 beziehungsweise 9 und 6 im Wechsel durchströmt werden. Dann erfolgt die Kühlmittelabfuhr und -zufuhr zum Beispiel über die Kühlmittelanschlüsse 27, 30; 29, 28.

Claims

Ansprüche
1. Verdichter (1;41;42) mit einem mehrteiligen Gehäuse (5,8), insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, und mit einer Kühlung, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kühlung mindestens einen Kühlkanal (20) umfasst, der von einem Statorgehäusekörper (6) und von einem
Steuerungsgehäusekörper (9) begrenzt ist.
2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Steuerungsgehäusekörper (9) mit einer ersten Kühlkanalbegrenzungsfläche (18) an einer zweiten Kühlkanalbegrenzungsfläche (19) des
Statorgehäusekörpers (6) anliegt.
3. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Kühlkanalbegrenzungsflächen (18,19) eine Dichtung (26) zur Abdichtung des Kühlkanals (20) angeordnet ist.
4. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Steuerungsgehäusekörper (9) mindestens einen Kühlmittelanschluss (29,30) aufweist, der mit dem Kühlkanal (20) in
Verbindung steht.
5. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Statorgehäusekörper (6) mindestens einen Kühlmittelanschluss (27,28) aufweist, der mit dem Kühlkanal (20) in
Verbindung steht.
6. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Steuerungsgehäusekörper (9) mindestens eine Ausnehmung (33) aufweist, die zur Darstellung des Kühlkanals (20) dient.
7. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Statorgehäusekörper (6) mindestens eine Ausnehmung (21-24) aufweist, die zur Darstellung des Kühlkanals (20) dient.
8. Verfahren zum Herstellen, insbesondere Montieren, eines Verdichters
(1;41;42) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
9. Baukasten zum Herstellen/Montieren eines Verdichters (1;41;42) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
10. Statorgehäusekörper (6,7), Steuerungsgehäusekörper (9,10) und/oder Dichtung (26) für einen Verdichter (1;41;42) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
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