WO2021139982A1 - Seitenkanalverdichter für ein brennstoffzellensystem zur förderung und/oder verdichtung von einem gasförmigen medium, insbesondere wasserstoff - Google Patents

Seitenkanalverdichter für ein brennstoffzellensystem zur förderung und/oder verdichtung von einem gasförmigen medium, insbesondere wasserstoff Download PDF

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Alexander Hero
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a side channel compressor for a fuel cell system for conveying and / or compressing a gaseous medium, in particular hydrogen, which is intended in particular for use in vehicles with a fuel cell drive.
  • gaseous fuels will also play an increasing role in the future.
  • Hydrogen gas flows must be controlled, especially in vehicles with fuel cell drives.
  • the gas flows are no longer controlled discontinuously, as is the case with the injection of liquid fuel, but the gas is taken from at least one high-pressure tank and fed to an ejector unit via an inflow line of a medium-pressure line system.
  • This ejector unit leads the gas to a fuel cell via a connecting line of a low-pressure line system. After the gas has flowed through a fuel cell, it is returned to the ejector unit via a return line.
  • the side channel compressor can be interposed, which supports the gas recirculation in terms of flow and efficiency.
  • side-channel compressors are used to support the flow build-up in the fuel cell drive, especially when the vehicle is (cold) started after a certain idle time.
  • These side channel blowers are usually driven by electric motors, which are supplied with voltage from the vehicle battery when they are operated in vehicles.
  • a side channel compressor for a fuel cell system in which a gaseous medium, in particular hydrogen, is conveyed and / or compressed.
  • the Be tenkanalverêtr has a housing and a drive, the Housing has a housing upper part and a housing lower part. Furthermore, a circumferential about an axis of rotation compressor terraum is arranged in the housing, which has at least one circumferential side channel.
  • a compressor wheel which is arranged rotatably about the axis of rotation and is driven by the drive, the compressor wheel having impeller blades arranged on its circumference in the area of the compressor chamber.
  • the side channel compressor known from DE 2017 102 15739 and DE 10 2018204 713 A1 each has a gas inlet opening and a gas outlet opening formed on the housing, which are fluidically connected to one another via the compressor room, in particular the at least one side channel.
  • the side channel compressor known from DE 2017 102 15739 and DE 102018204713 A1 may have certain disadvantages.
  • the drive consists of components that, due to their material properties, can be damaged by the anode medium, especially hydrogen, if you come into contact with them.
  • the side channel blower known from DE 2017 102 15739 and DE 102018204713 A1 can have the disadvantage that certain parts of the drive or side channel blower do not heat up quickly enough during a cold start procedure, which means that there is a risk of damage from ice bridges that cause the Can reduce the service life of the side channel compressor and / or the fuel cell system. Disclosure of the Invention Advantages of the Invention
  • a side channel compressor for a fuel cell system for conveying and / or compressing a gaseous medium, in particular hydrogen, is provided with the features of the independent claims.
  • a side channel compressor in which a drive has a stator and a rotor, the rotor being at least almost completely enclosed by means of an encapsulation element and thus in particular encapsulated from the environment.
  • an encapsulation element effectively shields the rotor from contact with the surrounding medium, which increases the service life of the drive and thus of the side channel compressor, and thus reduces the probability of failure due to failing construction parts of the drive.
  • the encapsulation of the drive and / or the rotor can be implemented in a compact design by means of the encapsulation element that at least almost completely surrounds the rotor, so that no or only minimal structural changes need to be made to the drive and / or the side channel compressor .
  • the inventive and advantageous embodiment of the invention He can be implemented in a cost-effective manner.
  • the drive is designed as a radial internal rotor electric motor, the drive, in particular the rotor, being connected to a compressor wheel via a drive shaft, the drive shaft, the compressor wheel and the rotor being rotatable about an axis of rotation and wherein the rotor and the compressor wheel are connected to the drive shaft in a form-fitting, cohesive or force-fitting manner.
  • a cost-effective installation of the encapsulation element can be made without further or at least only minor structural changes to the drive and / or to the side channel compressor being necessary. This reduces the assembly costs and thus the production costs of the side channel blower while the probability of failure of the side channel blower can be reduced.
  • the rotor has at least one permanent magnet and / or the encapsulation element is designed as a stainless steel cap, which has at least stainless steel.
  • the advantage can be achieved that the failure probability of the rotor and / or the entire drive can be reduced.
  • This can be achieved in such a way that the components of the assembly group that are sensitive to hydrogen, such as the soft magnetic materials of the permanent magnet, are relocated to an internal area, while the components of the assembly group that are particularly insensitive to hydrogen, such as stainless steel in the external surrounding area can be relocated.
  • This offers the advantage that the service life of the drive and thus of the entire side channel compressor can be increased.
  • the rotor is attached to the drive shaft in such a way that it is flush with the drive shaft on the side facing away from the compressor wheel, the stainless steel cap having an opening on its side facing the compressor wheel in the area of the drive shaft and the stainless steel cap being the completely encloses the rotor placed on the drive shaft, except for the area of the opening.
  • the advantage can be achieved that a compact design of the drive and / or the side channel compressor can be maintained or brought about.
  • the drive shaft and the stainless steel cap are frictionally, positively or cohesively connected to one another in the area of the opening in such a way that the rotor, in particular the permanent magnet, is encapsulated in an external area.
  • the advantage can be achieved that efficient encapsulation of the sensitive components and / or materials of the rotor can be achieved by means of the stainless steel cap, the only area of the stainless steel cap being through the Hydrogen or other substances could penetrate the inner area of the rotor and damage the soft magnetic materials, especially the area of the opening.
  • This advantage is achieved by a permanently encapsulating connection between the stainless steel cap and the drive shaft, which can reduce the probability of failure of the drive and / or the side channel blower.
  • the drive is designed as an axial field electric motor which has the stator and the rotor, wherein the stator and the rotor are designed in a disk-shaped circumferential manner around the axis of rotation and the stator is arranged in the direction of the axis of rotation next to the rotor is.
  • the stator and the rotor are designed in a disk-shaped circumferential manner around the axis of rotation and the stator is arranged in the direction of the axis of rotation next to the rotor is.
  • the compact design of the side channel blower offers the advantage that the side channel blower cools down more slowly at low ambient temperatures, especially in the range below 0 ° C, and thus the formation of ice bridges can be delayed longer.
  • the rotor has at least the permanent magnet, a rotor hub and a fixing disk, the encapsulation element at least almost completely enclosing the rotor hub and / or the permanent magnet and thus encapsulating an external area.
  • the encapsulation element at least almost completely enclosing the rotor hub and / or the permanent magnet and thus encapsulating an external area.
  • the embodiment of the side channel compressor according to the invention enables reliable encapsulation of the rotor, in particular the rotor hub and / or the permanent magnets.
  • the encapsulation element has an at least two-layer structure, the first layer being made of an elastically deformable material, in particular an elastomer, and the second layer being made of stainless steel.
  • the first layer being made of an elastically deformable material, in particular an elastomer
  • the second layer being made of stainless steel.
  • the encapsulation element consists of at least one elastomer sealing element with a pressed-on stainless steel cap.
  • the encapsulation element having at least two layers, which in particular has at least two materials with different properties can be pre-assembled before it is mounted on the drive and / or on the rotor and / or on the compressor wheel is attached.
  • the assembly costs and the required assembly time as well as assembly errors can be reduced. This offers the advantage of lower overall costs for the side channel compressor and, due to the reduced probability of occurrence of assembly errors, a lower failure probability of the drive and / or the side channel compressor.
  • a flow of current to the stator takes place and induces inductive heating of the rotor and / or the encapsulation element, in particular the encapsulation element which has at least stainless steel, due to the material properties it can be heated inductively particularly well.
  • the material stainless steel has a high electrical conductivity, which makes it easier to heat inductively. The heating occurs as an effect due to an electrical application by means of a magnetic field, more specifically by means of eddy current losses, since the layer made of stainless steel is an electrically conductive body.
  • the rotor is inductively warmed up when the coils of the stator are briefly energized, in particular due to the resulting power loss, which is released as thermal energy.
  • the rotor which consists in particular of a thermally conductive material, can be heated, which is particularly advantageous in the case of a cold start procedure for the side-channel compressor and / or the vehicle. He warms the rotor and transfers, for example due to the high thermal conductivity of the material used, the thermal energy to the compressor wheel.
  • the heat energy transfer takes place in one flow direction in the loading area between the compressor wheel and a housing in which ice bridges have formed.
  • These ice bridges can lead to damage to the side channel compressor when the side channel compressor is started up and / or prevent rotation of the compressor wheel in the housing due to a blockage.
  • a break can be caused, in which sharp-edged pieces of ice are released, which can damage components behind the side channel compressor and / or a fuel cell, in particular the membrane of the fuel cell, in the conveying direction.
  • the ice bridges melt and the liquid changes from a solid to a liquid state of aggregation and can be discharged, for example by means of a purge valve and / or drain valve present in the fuel cell system.
  • a purge valve and / or drain valve present in the fuel cell system.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a side channel compressor according to the invention
  • FIG. 2 shows a part of the side channel compressor according to the invention according to a first exemplary embodiment in a perspective representation
  • FIG. 3 shows a part of the side channel compressor according to the invention in accordance with a second exemplary embodiment in a perspective representation.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a rotationally symmetrical to an axis of rotation 4 formed according to the invention proposed Be tenkanalverdrucker 1 can be seen.
  • the side channel compressor 1 has a compressor wheel 2, which is in particular designed as a closed disk-like compressor wheel 2 and is rotatably mounted in a housing 3 about the horizontally extending axis of rotation 4.
  • a drive 6, in particular an electric drive 6, serves as a rotary drive 6 of the compressor wheel 2.
  • the drive 6 can be designed as a radial internal rotor electric motor 6 according to a first exemplary embodiment or as an axial field electric motor 6 according to a second exemplary embodiment be.
  • the drive 6 can have a plurality of cooling ribs 33.
  • the housing 3 comprises an upper housing part 7 and a lower housing part 8, which are connected to one another.
  • the compressor wheel 2 is rotatably mounted on a drive shaft 9 and is enclosed by the housing upper part 7 and the housing lower part 8 to.
  • the compressor wheel 2 can in particular be supported indirectly via a rotor hub 29 (shown in FIG. 3) and at least one bearing 27 on a bearing journal which is located, for example, in the upper housing part 8.
  • the compressor wheel 2 has an inner compressor wheel hub 10, the compressor wheel hub 10 having a recess through which the drive shaft 9 is inserted and the compressor wheel hub 10 connected to the drive shaft 9 in particular by means of a press fit is.
  • the compressor wheel hub 10 is also circumferentially limited by a hub foot 12 on the side facing away from the axis of rotation 4.
  • at least one seal 23 running around the axis of rotation 4 is arranged on the outer diameter of the drive shaft 9, in particular axially to the axis of rotation 4 between the hub base 12 and the drive 6 and radially to the axis of rotation 4 between the drive shaft 9 and the housing Top 7.
  • the compressor wheel 2 From the hub foot 12 outwardly away from the axis of rotation 4, the compressor wheel 2 forms a circumferential circular hub disk 13. Furthermore, the compressor wheel 2 forms an at least one delivery cell 28 which adjoins the hub disk 13 on the outside. This at least one delivery cell 28 of the compressor wheel 2 runs circumferentially around the axis of rotation 4 in the circumferential compressor chamber 30 of the housing 3. Furthermore, the cut contour of a blade 5 can be seen in FIG. 1 in the area of the delivery cell 28. This blade 5 can have a V-shaped contour. Furthermore, the respective delivery cell 28 is limited in the direction of rotation of the compressor wheel 2 by two blade blades 5, a number of blades 5 being arranged around the axis of rotation 4 on the compressor wheel 2 radially to the axis of rotation 4.
  • the housing 3, in particular the upper housing part 7 and / or the lower housing part 8, has at least one circumferential side channel 19, 21 in the area of the compressor chamber 30.
  • the at least one side channel 19, 21 runs in the housing 3 in the direction of the axis of rotation 4 in such a way that it runs axially to the delivery cell 28 on one side or on both sides.
  • the least a side channel 19, 21 can run circumferentially around the axis of rotation 4 at least in part of the housing 3, with a breaker area 15 in the housing in the partial area in which the at least one side channel 19, 21 is not formed in the housing 3 3 is formed.
  • the drive shaft 9 is supported in the housing 3 by means of at least one bearing 27, which can be roller bearings 27, in particular ball bearings 27.
  • the drive 6 can be connected to the housing 3 of the side channel compressor 1, in particular to the upper housing part 7, in that the drive 6 rests with at least one end face on an end face of the housing 3 axially to the axis of rotation 4.
  • the housing 3, in particular the housing lower part 8, forms a gas inlet opening 14 and a gas outlet opening 16.
  • the gas inlet opening 14 and the gas outlet opening 16 are fluidically connected to one another, in particular via the at least one side channel 19, 21.
  • the compression and / or the pressure and / or the flow rate of the gaseous medium in the delivery cell 28, in particular in the delivery cells 28, increases in the direction of rotation of the compressor wheel 2 of the compressor wheel 2 and in the side channels 19.
  • the gaseous medium is diverted after it has passed through the gas outlet opening 16 of the side channel compressor 1 and flows out in an outflow direction, in particular in the direction of a jet pump 41 of a fuel cell system 37.
  • the interruption area 15 causes a separation of a pressure side and a suction side, where the suction side is located in the area of the gas inlet opening 14 and the pressure side is located in the area of the gas outlet opening 16.
  • a torque is transmitted from the drive 6 to the compressor wheel 2.
  • the compressor wheel 2 is set in a rotational movement and the delivery cell 28 moves in a rotational movement around the axis of rotation 4 through the compressor chamber 30 in the housing 3 in the direction of a first direction of rotation. Since a gaseous medium already in the compression chamber 30 is moved through the delivery cell 28 and promoted and / or compressed in the process. In addition, there is a movement of the gaseous medium, in particular a flow exchange, between the delivery cell 28 and the at least one side channel 19, 21 instead.
  • the side channel compressor 1 is connected to the fuel cell system 37 via the gas inlet opening 14 and the gas outlet opening 16, the gaseous medium, which is in particular an unused recirculation medium from a fuel cell, via the gas inlet opening 14 enters the compression chamber 30 of the side channel compressor 1 and / or is fed to the side channel compressor 1 and / or is sucked in from the area upstream of the gas inlet opening 14.
  • the gaseous medium is discharged through the gas outlet opening 16 of the side channel compressor 1 after it has passed through.
  • Fig. 2 shows a part of the side channel compressor 1 according to the invention according to a first embodiment in a perspective view, the drive 6 as a. It is shown that the drive 6 is designed as a radial internal rotor electric motor 6 and has a stator 11 and a rotor 17. The rotor 17 is at least almost completely enclosed by means of an encapsulation element 18 and thus encapsulated in particular from the environment.
  • the drive 6, in particular the rotor 17, is connected via the drive shaft 9 to the compressor wheel 2, the drive shaft 9, the Ver denser wheel 2 and the rotor 17 being rotatably mounted about the axis of rotation 4 and where in each case the rotor 17 and the compressor wheel 2 is connected to the drive shaft 9 with a form fit, material fit or force fit.
  • the drive shaft 9 can be supported by means of two bearings 27, which are each located on both sides of the compressor wheel 2.
  • the rotor 17 has at least one permanent magnet 25 and / or the encapsulation element 18 is designed as a stainless steel cap 18 which has at least stainless steel.
  • the rotor 17 is attached to the drive shaft 9 in such a way that it is flush with the side facing away from the compressor wheel 2, the stainless steel cap 18 having an opening in the area of the drive shaft 9 on its side facing the compressor wheel 2
  • the stainless steel cap 18 completely encloses the rotor 17 attached to the drive shaft 9, with the exception of the area of the opening 22. Furthermore, the drive shaft 9 and the stainless steel cap 18 in the area of the opening 22 are connected to one another in a force-locking, form-locking or material-locking manner that the rotor 17, in particular the permanent magnet 25, is encapsulated in an external area.
  • Fig. 3 an inventive part of the side channel compressor 1 according to a second embodiment is shown in a perspective view.
  • the drive 6 is designed as an axial field electric motor 6, which has the stator 11 and the rotor 17, the stator 11 and the rotor 17 being formed in a disc-shaped manner around the axis of rotation 4 and the stator 11 in the direction of the axis of rotation 4 is arranged next to the rotor 17. Furthermore, the rotor 17 has at least the permanent magnet 25, the rotor hub 29 and a fixing disk 31, the encapsulation element 18 at least almost completely enclosing the rotor hub 29 and / or the permanent magnet 25 and thus encapsulating it to form an external area.
  • the encapsulation element 18 has an at least two-layer structure, the first layer being made of an elastically deformable material, in particular an elastomer, and the second layer being made of stainless steel.
  • the encapsulation element 18 can consist of at least one elastomer sealing element with a pressed-on stainless steel cap, which enables simplified assembly.
  • the seal 23 (shown in Fig. 1) can be superfluous in the second embodiment, since a fluidic separation, in particular in the form of an inter mediate wall, between the space of the stator 11 and the space of the rotor 17, is formed in the housing 3.
  • no drive shaft 9 is required here for torque transmission from the drive 6 to the compressor wheel 2, since in this exemplary embodiment the rotor 17 is located directly in the compressor wheel 2 as a disk-shaped element.
  • inductive heating of the rotor 17 and / or the encapsulation element 18 can be brought about by energizing the stator 11, in particular the encapsulation element 18, which comprises at least stainless steel, allows rapid heating due to the material properties, in particular due to a high inductive resistance.

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Abstract

Seitenkanalverdichter (1) für ein Brennstoffzellensystem (37) zur Förderung und/oder Verdichtung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, mit einem Gehäuse (3) und einem Antrieb (6), wobei das Gehäuse (3) ein Gehäuse-Oberteil (7) und ein Gehäuse-Unterteil (8) aufweist, mit einem in dem Gehäuse (3) umlaufend um eine Drehachse (4) verlaufenden Verdichterraum (30), der mindestens einen umlaufenden Seitenkanal (19, 21) aufweist, mit einem in dem Gehäuse (3) befindlichen Verdichterrad (2), das drehbar um die Drehachse (4) angeordnet ist und durch den Antrieb (6) angetrieben wird, wobei das Verdichterrad (2) an seinem Umfang im Bereich des Verdichterraums (30) angeordnete Schaufelblätter (5) aufweist und mit jeweils einer am Gehäuse (3) ausgebildeten Gas-Einlassöffnung (14) und einer Gas-Auslassöffnung (16), die über den Verdichterraum (30), insbesondere den mindestens einen Seitenkanal (19, 21), fluidisch miteinander verbunden sind. Erfindungsgemäß weist dabei der Antrieb (6) einen Stator (11) und einen Rotor (17) auf, wobei der Rotor (17) mittels eines Kapselungs-Elements (18) zumindest nahezu vollständig umschlossen und somit insbesondere von der Umgebung gekapselt wird.

Description

Beschreibung
Titel
Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem zur Förderung und/oder
Verdichtung von einem gasförmigen Medium, insbesondere Wasserstoff
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Seitenkanalverdichter für ein Brennstoff zellensystem zur Förderung und/oder Verdichtung von einem gasförmigen Me dium, insbesondere Wasserstoff, das insbesondere zur Anwendung in Fahrzeu gen mit einem Brennstoffzellenantrieb vorgesehen ist.
Im Fahrzeugbereich spielen neben flüssigen Kraftstoffen in Zukunft auch gasför mige 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 ei nem Hochdrucktank entnommen und über eine Zuströmleitung eines Mitteldruck leitungssystems an eine Ejektoreinheit geleitet. Diese Ejektoreinheit führt das Gas über eine Verbindungsleitung eines Niederdruckleitungssystems zu einer Brennstoffzelle. Nachdem das Gas durch eine Brennstoffzelle geströmt ist wird es über eine Rückführleitung zurück zur Ejektoreinheit geführt. Dabei kann der Seitenkanalverdichter zwischengeschaltet werden, der die Gasrückführung strö mungstechnisch und effizienztechnisch unterstützt. Zudem werden Seitenkanal verdichter zur Unterstützung des Strömungsaufbaus im Brennstoffzellenantrieb eingesetzt, insbesondere bei einem (Kalt)-Start des Fahrzeugs nach einer gewis sen Standzeit. Das Antreiben dieser Seitenkanalverdichter erfolgt üblicherweise über Elektromotoren, die beim Betrieb in Fahrzeugen über die Fahrzeugbatterie mit Spannung versorgt werden.
Aus der DE 2017 102 157 39 und der DE 10 2018 204 713 Al ist ein Seitenka nalverdichter für ein Brennstoffzellensystem bekannt, bei dem ein gasförmiges Medium, insbesondere Wasserstoff, gefördert und/oder verdichtet wird. Der Sei tenkanalverdichter weist dabei ein Gehäuse und einen Antrieb auf, wobei das Gehäuse ein Gehäuse-Oberteil und ein Gehäuse-Unterteil aufweist. Des Weite ren ist in dem Gehäuse ein umlaufend um eine Drehachse verlaufender Verdich terraum angeordnet, der mindestens einen umlaufenden Seitenkanal aufweist. In dem Gehäuse befindet sich ein Verdichterrad, das drehbar um die Drehachse angeordnet ist und durch den Antrieb angetrieben wird, wobei das Verdichterrad an seinem Umfang im Bereich des Verdichterraums angeordnete Schaufelblätter aufweist. Zudem weist der aus der DE 2017 102 15739 und der DE 10 2018204 713 Al bekannte Seitenkanalverdichter jeweils eine am Gehäuse ausgebildeten Gas-Einlassöffnung und eine Gas-Auslassöffnung auf, die über den Verdichter raum, insbesondere den mindestens einen Seitenkanal, fluidisch miteinander verbunden sind.
Der aus der DE 2017 102 15739 und der DE 102018204713 Al bekannte Sei tenkanalverdichter kann gewisse Nachteile aufweisen.
Der Antrieb besteht dabei aus Komponenten, die aufgrund Ihrer Materialeigen schaften durch das Anoden-Medium, insbesondere Wasserstoff, beschädigt wer den können, wenn Sie mit diesen in Kontakt kommen. Auch andere aus der Um gebung zum Antrieb vordringende Substanzen, wie Wasser oder Verschmutzung können Bauteile des Antriebs schädigen. Dabei kann es zu einer Oxidationsreak tion, zu Wasserstoffversprödung oder zu weiteren Materialschädigungen kom men. Dies kann aufgrund der Tatsache, dass der Antrieb und auch die Bauteile des Seitenkanalverdichters in der Peripherie des Antriebs sich zumindest teil weise in Bewegung, insbesondere in Rotationsbewegung, befinden zu einer Be schädigung dieser Bauteile führen. Dies kann dann wiederum zu einem Ausfall des Antriebs und/oder zu einem Ausfall des gesamten Seitenkanalverdichters führen.
Weiterhin kann der aus der DE 2017 102 15739 und der DE 102018204713 Al bekannte Seitenkanalverdichter den Nachteil aufweisen, dass bei einer Kalt startprozedur bestimmte Teile des Antriebs oder des Seitenkanalverdichters nicht schnell genug aufheizen, wodurch die Gefahr durch Beschädigung durch Eisbrü cken vorhanden ist, die die Lebensdauer des Seitenkanalverdichters und/oder des Brennstoffzellensystems reduzieren können. Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem zur Förderung und/oder Verdichtung von einem gasförmigen Medium, insbeson dere Wasserstoff, mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche bereit gestellt.
Bezugnehmend auf Anspruch 1 wird ein Seitenkanalverdichter vorgeschlagen, bei dem ein Antrieb einen Stator und einen Rotor aufweist, wobei der Rotor mit tels eines Kapselungs-Elements zumindest nahezu vollständig umschlossen und somit insbesondere von der Umgebung gekapselt wird. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass der Rotor gegen Kontakt mit Anoden-Medium, ins besondere Wasserstoff, oder weiterer Substanzen aus der Umgebung, wie Was ser oder Verschmutzung geschützt ist. Das Kapselungs-Element schirmt dabei den Rotor effektiv gegen den Kontakt mit dem umgebenden Medium ab, wodurch die Lebensdauer des Antriebs und somit des Seitenkanalverdichters erhöht wer den kann, und somit die Ausfallwahrscheinlich aufgrund von versagenden Bau teilen des Antriebs reduziert wird. Zudem kann die Kapselung des Antriebs und/oder des Rotors mittels des den Rotor zumindest nahezu vollständig um schließenden Kapselungs-Elements in einer kompakten Bauweise umgesetzt werden, so dass keine oder nur minimale konstruktive Änderungen an dem An trieb und/oder dem Seitenkanalverdichter vorgenommen werden müssen. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße und vorteilhafte Ausgestaltung der Er findung in einer kostengünstigen Weise umgesetzt werden.
Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Antrieb als ein radialer Innen läufer- Elektromotor ausgeführt ist, wobei der Antrieb, insbesondere der Rotor, über eine Antriebswelle mit einem Verdichterrad verbunden ist, wobei die An triebswelle, das Verdichterrad und der Rotor drehbar um eine Drehachse gela gert sind und wobei jeweils der Rotor und das Verdichterrad formschlüssig, stoff schlüssig oder kraftschlüssig mit der Antriebswelle verbunden sind. Auf diese Weise lässt sich eine kostengünstige Montage des Kapselungs-Elements ohne dass weitere oder zumindest nur geringfügige konstruktive Änderungen am An trieb und/oder am Seitenkanalverdichter notwendig sind. Dies reduziert die Mon tagekosten und somit die Fertigungskosten des Seitenkanalverdichters während die Ausfallwahrscheinlichkeit des Seitenkanalverdichters reduziert werden kann.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist der Rotor mindestens einen Permanentmagneten auf und/oder das Kapselungs-Element ist als eine Edelstahlkappe ausgeführt, die zumindest Edelstahl aufweist. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass die Ausfallwahrscheinlichkeit des Rotors und/oder des gesamten Antriebs reduziert werden kann. Dies kann derart er reicht werden, dass die, insbesondere gegenüber Wasserstoff, empfindlichen Bauteile des Montageverbundes, wie beispielsweise die weichmagnetischen Werkstoffe des Permanentmagneten, in einen innenliegenden Bereich verlagert werden, während die, insbesondere gegenüber Wasserstoff, unempfindlichen Bauteile des Montageverbundes, wie beispielsweise Edelstahl in den außenlie genden umgebenden Bereich verlagert werden. Dies bietet den Vorteil, dass die Lebensdauer des Antriebs und somit des gesamten Seitenkanalverdichters er höht werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Seitenkanalverdichters ist der Ro tor derart auf die Antriebswelle aufgebracht, dass er auf der dem Verdichterrad abgewandten Seite bündig mit dieser abschließt, wobei die Edelstahlkappe auf Ihrer dem Verdichterrad zugewandten Seite im Bereich der Antriebswelle eine Öffnung aufweist und wobei die Edelstahlkappe den auf die Antriebswelle aufge brachten Rotor vollständig umschließt, ausgenommen den Bereich der Öffnung. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass eine kompakte Bauweise des Antriebs und/oder des Seitenkanalverdichters beibehalten oder herbeigeführt werden kann.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung sind die Antriebswelle und die Edelstahlkappe im Bereich der Öffnung derart kraftschlüssig, formschlüssig oder stoffschlüssig miteinander verbunden, dass der Rotor, insbesondere der Permanentmagnet zu einem außenliegenden Bereich gekapselt ist. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass eine effiziente Kapselung der empfind lichen Bauteile und/oder Materialien des Rotors mittels der Edelstahlkappe erzielt werden kann, wobei sich der einzige Bereich der Edelstahlkappe, durch den Wasserstoff oder andere Stoffe in den innenliegenden Bereich des Rotors ein- dringen und die weichmagnetischen Werkstoffe schädigen könnten, insbeson dere der Bereich der Öffnung. Dieser Vorteil wird durch eine dauerhaft kapselnde Verbindung zwischen der Edelstahlkappe und der Antriebswelle erzielt, wodurch die Ausfallwahrscheinlichkeit des Antriebs und/oder des Seitenkanalverdichters reduziert werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung des Seitenkanalverdichters ist der Antrieb als ein Axialfeld-Elektromotor ausgeführt, der den Stator und den Rotor aufweist, wobei der Stator und der Rotor scheibenförmig umlaufend um die Drehachse ausgebildet sind und wobei der Stator in Richtung der Drehachse neben dem Ro tor angeordnet ist. Auf diese Weise lässt sich eine kompakte und platzsparende Bauweise des Seitenkanalverdichters durch eine möglichst geringe Oberfläche im Verhältnis zum Volumen realisiert. Dies bietet den Vorteil, dass nur ein gerin ger Einbauraum beim Kunden benötigt wird, beispielsweise in einem Fahrzeug. Des Weiteren bietet die kompakte Bauweise des Seitenkanalverdichters, insbe sondere mit einer möglichst geringen Oberfläche im Verhältnis zum Volumen, den Vorteil, dass ein Auskühlen des Seitenkanalverdichters bei niedrigen Umge bungstemperaturen, insbesondere im Bereich unterhalb 0°C, langsamer erfolgt und somit das Auftreten von Eisbrückenbildung länger verzögert werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Rotor mindestens den Perma nentmagneten, eine Rotornabe und eine Fixierscheibe auf, wobei das Kapse lungs-Element die Rotornabe und/oder den Permanentmagneten zumindest na hezu vollständig umschließt und somit zu einem außenliegenden Bereich kap selt. Auf diese Weise kann eine kompakte Bauform des Antriebs erzielt werden, insbesondere bei der Ausführungsform als Axialfeld-Elektromotor. Dabei können zumindest nahezu alle Bauteile des Rotors im Bereich des Innendurchmessers des Verdichterrads angeordnet und integriert werden, inklusive der Lagerung des Verdichterrads. Des Weiteren lässt sich mittels der erfindungsgemäßen Ausfüh rung des Seitenkanalverdichters eine zuverlässige Kapselung des Rotors, insbe sondere der Rotornabe und/oder den Permanentmagneten.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Seitenkanalverdichters weist das Kapselungs-Element einen mindestens zweischichtigen Aufbau auf, wobei die erste Schicht einem elastisch verformbaren Material, insbesondere einem Elasto mer, ausgeführt ist und die zweite Schicht aus Edelstahl ausgeführt ist. Auf diese Weise kann zum einen eine verbesserte Kapselung der Rotornabe und des Per manentmagneten erzielt werden, da das elastisch verformbare Material aufgrund seiner Materialeigenschaften in jeden Bereich hineinfließen kann und/oder bes ser auf die Rotornabe und den Permanentmagneten aufgebracht werden kann aufgrund seiner Elastizität. Die zweite Schicht aus Edelstahl kann dem kapseln den Element hingegen bessere strukturelle Festigkeit geben im Gegensatz zum Elastomer. Somit lässt sich die Zuverlässigkeit des Antriebs und/oder des Seiten kanalverdichters erhöhen.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausbildung besteht das Kapselungs-Ele ment aus mindestens einem Elastomer Dichtelement mit einer aufgepressten Edelstahlkappe. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass das mindes tens zwei Schichten aufweisende Kapselungs-Element, welches insbesondere mindestens zwei Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften aufweist, vor montiert werden kann, bevor es am Antrieb und/oder am Rotor und/oder am Ver dichterrad angebracht wird. Auf diese Weise lassen sich die Montagekosten und die benötigte Montagezeit sowie Montagefehler reduzieren. Dies bietet den Vor teil geringerer Gesamtkosten des Seitenkanalverdichters und aufgrund der redu zierten Auftretenswahrscheinlichkeit von Montagefehlers einer geringeren Aus fallwahrscheinlichkeit des Antriebs und/oder des Seitenkanalverdichters.
Gemäß einem vorteilhaften Verfahren, insbesondere zum Start oder zum Ab schalten und/oder zum Betreiben, des Seitenkanalverdichters erfolgt eine Bestro- mung des Stators eine induktive Erwärmung des Rotors und/oder des Kapse lungs-Elements bewirkt, wobei insbesondere das Kapselungs-Element, das zu mindest Edelstahl aufweist, aufgrund der Materialeigenschaften sich besondere gut induktiv erwärmen lässt. Das Material Edelstahl weist dabei eine hohe elektri sche Leitfähigkeit auf, wodurch es sich besser induktiv erwärmen lässt. Die Er wärmung tritt dabei als Effekt aufgrund einer elektrischen Beaufschlagung mittels eines Magnetfeldes, spezifischer mittels Wirbelstromverlusten, auf, da die Schicht aus Edelstahl ein elektrisch leitfähiger Körper ist. Dabei wird der Rotor bei einer kurzfristigen Bestromung der Spulen des Stators induktiv aufgewärmt, insbesondere aufgrund der entstehenden Verlustleistung, die als Wärmeenergie freigesetzt wird. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass durch die Bestromung des Stators bei einem nicht vorhandenen Drehfeld eine Erwärmung des Rotors einstellt, wobei hierzu insbesondere der Effekt der Induktion verwen- det wird. Dabei lässt sich der Rotor, der insbesondere aus einem wärmeleitfähi gen Material besteht, erwärmen, was insbesondere bei einer Kaltstartprozedur des Seitenkanalverdichters und/oder des Fahrzeugs vorteilhaft ist. Dabei er wärmt sich der Rotor und überträgt, beispielsweise aufgrund der hohen Wärme leitfähigkeit des verwendeten Materials, die Wärmeenergie auf das Verdichter rad. Dabei erfolgt der Wärmeenergieübertrag in einer Flussrichtung in den Be reich zwischen dem Verdichterrad und einem Gehäuse, in dem sich Eisbrücken ausgebildet haben. Diese Eisbrücken können bei einem Anfahren und/oder Star ten des Seitenkanalverdichters zur Beschädigung des Seitenkanalverdichters führen und/oder eine Rotation des Verdichterrads im Gehäuse durch ein Blockie ren verhindern. Weiterhin kann bei einem Anfahren des Verdichterrads ein Los brechen bewirkt werden, bei dem scharfkantige Eisstücke freigesetzt werden, die in Förderrichtung Bauteile hinter dem Seitenkanalverdichter und/oder einer Brennstoffzelle, insbesondere die Membran der Brennstoffzelle schädigen kön nen. Durch das Aufheizen des Rotors wird dabei das Verdichterrad und insbe sondere der Bereich des inneren Begrenzungsrings und des außenliegenden Ringbunds, die beide jeweils einen geringen Abstand, insbesondere ein geringes Spaltmaß, zum Gehäuse ausbilden, erwärmt. Dadurch schmelzen die Eisbrücken und die Flüssigkeit wechselt von einem festen zu einem flüssigen Aggregatzu stand und kann abgeführt werden, beispielsweise mittels eines im Brennstoffzel lensystem vorhandenen Purgeventil und/oder Ablassventil. Auf diese Weise kann die Lebensdauer des Seitenkanalverdichters und/oder des Brennstoffzellensys tems erhöht werden.
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.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrie ben.
Es zeigt:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Seiten kanalverdichters,
Figur 2 einen erfindungsgemäßen Teil des Seitenkanalverdichters gemäß ei nem ersten Ausführungsbeispiel in einer perspektivischen Darstel lung,
Figur 3 einen erfindungsgemäßen Teil des Seitenkanalverdichters gemäß ei nem zweiten Ausführungsbeispiel in einer perspektivischen Darstel lung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Der Darstellung gemäß Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch einen rotationssymmet risch zu einer Drehachse 4 ausgebildeten erfindungsgemäß vorgeschlagene Sei tenkanalverdichter 1 zu entnehmen.
Der Seitenkanalverdichter 1 weist dabei ein Verdichterrad 2 auf, das insbeson dere als geschlossenes scheibenartiges Verdichterrad 2 ausgebildet ist und um die horizontal verlaufenden Drehachse 4 drehbar in einem Gehäuse 3 gelagert ist. Dabei dient ein Antrieb 6, insbesondere ein elektrischer Antrieb 6, als Dreh antrieb 6 des Verdichterrads 2. Der Antrieb 6 kann dabei gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel als ein radialer Innenläufer- Elektromotor 6 ausgeführt sein oder gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel als ein Axialfeld-Elektromotor 6 ausgeführt sein. Weiterhin kann der Antrieb 6 mehrere Kühlrippen 33 aufweisen. Das Gehäuse 3 umfasst ein Gehäuse-Oberteil 7 und ein Gehäuse-Unterteil 8, die miteinander verbunden sind. Zwischen den beiden Gehäuse-Teilen 7,8 kann sich ein um die Drehachse 4 umlaufendes Dichtelement befinden, welches eine Kap- selung eines Verdichterraums 30 des Seitenkanalverdichters 1 bewirkt, insbe sondere gegen Kontamination oder Feuchtigkeit von außen. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist das Verdichterrad 2 drehfest auf einer Antriebswelle 9 angeordnet und wird vom Gehäuse-Oberteil 7 und dem Gehäuse-Unterteil 8 um schlossen. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann das Verdichterrad 2 insbesondere mittelbar über eine Rotornabe 29 (gezeigt in Fig. 3) und mindes tens ein Lager 27 auf einem Lagerzapfen gelagert sein, der sich beispielweise im Gehäuse-Oberteil 8 befindet.
Im ersten Ausführungsbeispiel weist das Verdichterrad 2 eine innere Verdichter- rad-Nabe 10 auf, wobei die Verdichterrad-Nabe 10 eine Aussparung aufweist, durch die die Antriebswelle 9 gesteckt ist und wobei die Verdichterrad-Nabe 10 insbesondere mittels eines Pressverbands mit der Antriebswelle 9 verbunden ist. Die Verdichterrad-Nabe 10 ist zudem umlaufend auf der der Drehachse 4 abge wandten Seite durch einen Naben-Fuß 12 begrenzt. Zudem ist in diesem Ausfüh rungsbeispiel mindestens eine um die Drehachse 4 umlaufende Dichtung 23 am Außendurchmesser der Antriebswelle 9 angeordnet, insbesondere axial zur Drehachse 4 zwischen dem Naben-Fuß 12 und dem Antrieb 6 und radial zur Drehachse 4 zwischen der Antriebswelle 9 und dem Gehäuse-Oberteil 7.
Vom Naben-Fuß 12 nach außen von der Drehachse 4 weg bildet das Verdichter rad 2 eine umlaufende kreisförmige Naben-Scheibe 13 aus. Des Weiteren bildet das Verdichterrad 2 eine sich außenseitig an die Naben-Scheibe 13 anschlie ßende mindestens eine Förderzelle 28 aus. Diese mindestens eine Förderzelle 28 des Verdichterrads 2 verläuft umlaufend um die Drehachse 4 in dem umlau fenden Verdichterraum 30 des Gehäuses 3. Weiterhin ist in Fig. 1 im Bereich der Förderzelle 28 die geschnittene Kontur eines Schaufelblattes 5 zu sehen. Dieses Schaufelblatt 5 kann eine V-förmige Kontur aufweisen. Des Weiteren wird die je weilige Förderzelle 28 in Rotationsrichtung des Verdichterrads 2 von zwei Schau felblättern 5 begrenzt, wobei eine Anzahl von Schaufelblättern 5 umlaufend um die Drehachse 4 am Verdichterrad 2 radial zur Drehachse 4 angeordnet sind.
Des Weiteren weist das Gehäuse 3, insbesondere das Gehäuse-Oberteil 7 und/oder das Gehäuse-Unterteil 8, im Bereich des Verdichterraums 30 mindes tens einen umlaufenden Seitenkanal 19, 21 auf. Dabei verläuft der mindestens eine Seitenkanal 19, 21 derart im Gehäuse 3 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 Gehäu ses 3 umlaufend um die Drehachse 4 verlaufen, wobei in dem Teilbereich, in dem der mindestens eine Seitenkanal 19, 21 im Gehäuse 3 nicht ausgebildet ist, ein Unterbrecher-Bereich 15 im Gehäuse 3 ausgebildet ist.
In dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Antriebswelle 9 mittels mindestens ei nes Lagers 27, bei dem es sich um Wälzlager 27 handeln kann, insbesondere um Kugellager 27, im Gehäuse 3 gelagert. Der Antrieb 6 kann mit dem Gehäuse 3 des Seitenkanalverdichters 1 verbunden sein, insbesondere mit dem Gehäuse- Oberteil 7, indem der Antrieb 6 mit mindestens einer Stirnfläche an einer Stirnflä che des Gehäuses 3 axial zur Drehachse 4 anliegt.
Weiterhin bildet das Gehäuse 3, insbesondere das Gehäuse-Unterteil 8, eine Gas-Einlassöffnung 14 und eine Gas-Auslassöffnung 16 aus. Dabei sind die Gas-Einlassöffnung 14 und die Gas-Auslassöffnung 16, insbesondere über den mindestens einen Seitenkanal 19, 21, fluidisch miteinander verbunden. Dabei er höht sich mit fortschreitendem Umlauf von der Gas-Einlassöffnung 14 zur Gas- Auslassöffnung 16 in Drehrichtung des Verdichterrads 2 die Verdichtung und/o der der Druck und/oder die Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Medi ums in der Förderzelle 28, insbesondere in den Förderzellen 28 des Verdichter rads 2 und in den Seitenkanälen 19. Dabei wird das gasförmige Medium nach er folgtem Durchlauf durch die Gas-Auslassöffnung 16 des Seitenkanalverdichters 1 abgeleitet und strömt in einer Ausströmrichtung, insbesondere in Richtung einer Strahlpumpe 41 eines Brennstoffzellensystems 37, aus. Durch den Unterbrecher- Bereich 15 wird eine Trennung einer Druckseite und einer Saugseite bewirkt, wo bei sich die Saugseite im Bereich der Gas-Einlassöffnung 14 befindet und die Druckseite im Bereich der Gas-Auslassöffnung 16 befindet.
Vom Antrieb 6 wird ein Drehmoment auf das Verdichterrad 2 übertragen. Dabei wird das Verdichterrad 2 in Rotationsbewegung versetzt und die Förderzelle 28 bewegt sich in einer Rotationsbewegung umlaufend um die Drehachse 4 durch den Verdichterraum 30 im Gehäuse 3 in Richtung einer ersten Drehrichtung. Da bei wird ein schon im Verdichterraum 30 befindliches gasförmiges Medium durch die Förderzelle 28 mitbewegt und dabei gefördert und/oder verdichtet. Zudem fin det eine Bewegung des gasförmigen Mediums, insbesondere ein Strömungsaus tausch, zwischen der Förderzelle 28 und dem mindestens einen Seitenkanal 19, 21 statt. Des Weiteren ist der Seitenkanalverdichter 1 über die Gas- Einlassöff nung 14 und die Gas-Auslassöffnung 16 mit dem Brennstoffzellensystem 37 ver bunden, wobei das gasförmige Medium, bei dem es sich insbesondere um ein unverbrauchte Rezirkulationsmedium aus einer Brennstoffzelle handelt, über die Gas-Einlassöffnung 14 in den Verdichterraum 30 des Seitenkanalverdichters 1 ein und/oder wird dem Seitenkanalverdichter 1 zugeführt und/oder wird aus dem Bereich, der der Gas-Einlassöffnung 14 vorgelagert ist, angesaugt. Dabei wird das gasförmige Medium nach erfolgtem Durchlauf durch die Gas-Auslassöffnung 16 des Seitenkanalverdichters 1 abgeleitet.
Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Teil des Seitenkanalverdichters 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einer perspektivischen Darstellung, wobei der Antrieb 6 als ein. Dabei ist gezeigt, dass der Antrieb 6 als ein radialer Innen läufer- Elektromotor 6 ausgeführt ist und einen Stator 11 und einen Rotor 17 auf weist. Dabei wird der Rotor 17 mittels eines Kapselungs-Elements 18 zumindest nahezu vollständig umschlossen und somit insbesondere von der Umgebung ge kapselt. Der Antrieb 6, insbesondere der Rotor 17, ist dabei über die Antriebs welle 9 mit dem Verdichterrad 2 verbunden, wobei die Antriebswelle 9, das Ver dichterrad 2 und der Rotor 17 drehbar um die Drehachse 4 gelagert sind und wo bei jeweils der Rotor 17 und das Verdichterrad 2 formschlüssig, stoffschlüssig o- der kraftschlüssig mit der Antriebswelle 9 verbunden sind. In beispielhafterweise kann dabei die Antriebswelle 9 mittels zweier Lager 27, die sich jeweils beidseitig des Verdichterrads 2 befinden, gelagert ist.
Zudem ist gezeigt, dass der Rotor 17 mindestens einen Permanentmagneten 25 aufweist und/oder das Kapselungs-Element 18 als eine Edelstahlkappe 18 aus geführt ist, die zumindest Edelstahl aufweist. Dabei ist der Rotor 17 derart auf die Antriebswelle 9 aufgebracht, dass er auf der dem Verdichterrad 2 abgewandten Seite bündig mit dieser abschließt, wobei die Edelstahlkappe 18 auf Ihrer dem Verdichterrad 2 zugewandten Seite im Bereich der Antriebswelle 9 eine Öffnung
22 aufweist. Weiterhin umschließt dabei die Edelstahlkappe 18 den auf die An triebswelle 9 aufgebrachten Rotor 17 vollständig, ausgenommen den Bereich der Öffnung 22. Des Weiteren ist die Antriebswelle 9 und die Edelstahlkappe 18 im Bereich der Öffnung 22 derart kraftschlüssig, formschlüssig oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind, dass der Rotor 17, insbesondere der Permanent magnet 25 zu einem außenliegenden Bereich gekapselt ist. In Fig. 3 ist ein erfindungsgemäßer Teil des Seitenkanalverdichters 1 gemäß ei nem zweiten Ausführungsbeispiel in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Dabei ist der Antrieb 6 als ein Axialfeld-Elektromotor 6 ausgeführt ist, der den Stator 11 und den Rotor 17 aufweist, wobei der Stator 11 und der Rotor 17 schei benförmig umlaufend um die Drehachse 4 ausgebildet sind und wobei der Stator 11 in Richtung der Drehachse 4 neben dem Rotor 17 angeordnet ist. Weiterhin weist der Rotor 17 mindestens den Permanentmagneten 25, die Rotornabe 29 und eine Fixierscheibe 31 aufweist, wobei das Kapselungs-Element 18 die Ro tornabe 29 und/oder den Permanentmagneten 25 zumindest nahezu vollständig umschließt und somit zu einem außenliegenden Bereich kapselt.
Das Kapselungs-Element 18 weist dabei einen mindestens zweischichtigen Auf bau auf, wobei die erste Schicht aus einem elastisch verformbaren Material, ins besondere einem Elastomer, ausgeführt ist und die zweite Schicht aus Edelstahl ausgeführt ist. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Kapselungs- Element 18 aus mindestens einem Elastomer Dichtelement mit einer aufgepress ten Edelstahlkappe besteht, wodurch eine vereinfachte Montage ermöglicht wird.
Die (in Fig. 1 gezeigte) Dichtung 23 kann im zweiten Ausführungsbeispiel über flüssig sein, da hier eine fluidische Trennung, insbesondere in Form einer Zwi schenwand, zwischen dem Raum des Stators 11 und dem Raum des Rotors 17, im Gehäuse 3 ausgebildet ist. Zudem wird hier auch keine Antriebswelle 9 zur Drehmomentübertragung vom Antrieb 6 auf das Verdichterrad 2 benötigt, da sich in diesem Ausführungsbeispiel der Rotor 17 als scheibenförmiges Element direkt im Verdichterrad 2 befindet.
Für jeweils das erste und das zweite Ausführungsbeispiels des Seitenkanalver dichters 1 kann mittels einer Bestromung des Stators 11 eine induktive Erwär mung des Rotors 17 und/oder des Kapselungs-Elements 18 bewirkt, wobei ins besondere das Kapselungs-Element 18, das zumindest Edelstahl aufweist, auf grund der Materialeigenschaften, insbesondere aufgrund eines hohen induktiven Widerstands, eine schnelle Erwärmung zulässt.

Claims

Ansprüche
1. Seitenkanalverdichter (1) für ein Brennstoffzellensystem (37) zur Förde rung und/oder Verdichtung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, mit einem Gehäuse (3) und einem Antrieb (6), wobei das Gehäuse (3) ein Gehäuse-Oberteil (7) und ein Gehäuse-Unterteil (8) aufweist, mit einem in dem Gehäuse (3) umlaufend um eine Drehachse (4) verlaufenden Verdichterraum (30), der mindestens einen umlaufen den Seitenkanal (19, 21) aufweist, mit einem in dem Gehäuse (3) befind lichen Verdichterrad (2), das drehbar um die Drehachse (4) angeordnet ist und durch den Antrieb (6) angetrieben wird, wobei das Verdichterrad (2) an seinem Umfang im Bereich des Verdichterraums (30) angeord nete Schaufelblätter (5) aufweist und mit jeweils einer am Gehäuse (3) ausgebildeten Gas-Einlassöffnung (14) und einer Gas-Auslassöffnung (16), die über den Verdichterraum (30), insbesondere den mindestens einen Seitenkanal (19, 21), fluidisch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (6) einen Stator (11) und einen Rotor (17) aufweist, wobei der Rotor (17) mittels eines Kapse lungs-Elements (18) zumindest nahezu vollständig umschlossen und so mit insbesondere von der Umgebung gekapselt wird.
2. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (6) als ein radialer Innenläufer-Elektromotor (6) ausgeführt ist, wobei der Antrieb (6), insbesondere der Rotor (17), über eine Antriebswelle (9) mit dem Verdichterrad (2) verbunden ist, wobei die Antriebswelle (9), das Verdichterrad (2) und der Rotor (17) drehbar um die Drehachse (4) gelagert sind und wobei jeweils der Rotor (17) und das Verdichterrad (2) formschlüssig, stoffschlüssig oder kraftschlüssig mit der Antriebswelle (9) verbunden sind.
3. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (17) mindestens einen Permanentmagneten (25) aufweist und/oder das Kapselungs-Element (18) als eine Edelstahlkappe (178) ausgeführt ist, die zumindest Edelstahl aufweist.
4. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (17) derart auf die Antriebswelle (9) aufgebracht ist, dass er auf der dem Verdichterrad (2) abgewandten Seite bündig mit dieser abschließt, wobei die Edelstahlkappe (18) auf Ihrer dem Verdich terrad (2) zugewandten Seite im Bereich der Antriebswelle (9) eine Öff nung (22) aufweist und wobei die Edelstahlkappe (18) den auf die An triebswelle (9) aufgebrachten Rotor (17) vollständig umschließt, ausge nommen den Bereich der Öffnung (22).
5. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (9) und die Edelstahlkappe (18) im Be reich der Öffnung (22) derart kraftschlüssig, formschlüssig oder stoff schlüssig miteinander verbunden sind, dass der Rotor (17), insbeson dere der Permanentmagnet (25) zu einem außenliegenden Bereich ge kapselt ist.
6. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (6) als ein Axialfeld-Elektromotor (6) ausgeführt ist, der den Stator (11) und den Rotor (17) aufweist, wobei der Stator (11) und der Rotor (17) scheibenförmig umlaufend um die Drehachse (4) ausgebildet sind und wobei der Stator (11) in Richtung der Drehachse (4) neben dem Rotor (17) angeordnet ist.
7. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (17) mindestens einen Permanentmagneten (25), eine Rotornabe (29) und eine Fixierscheibe (31) aufweist, wobei das Kapselungs-Element (18) die Rotornabe (29) und/oder den mindestens einen Permanentmagneten (25) zumindest nahezu vollständig um schließt und somit zu einem außenliegenden Bereich kapselt.
8. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapselungs-Element (18) einen mindestens zweischichti gen Aufbau aufweist, wobei die erste Schicht einem elastisch verformba ren Material, insbesondere einem Elastomer, ausgeführt ist und die zweite Schicht aus Edelstahl ausgeführt ist
9. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapselungs-Element (18) aus mindestens einem Elasto mer Dichtelement mit einer aufgepressten Edelstahlkappe besteht.
10. Verfahren gemäß einem der vorrangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bestromung des Stators (11) eine induktive Erwärmung des Rotors (17) und/oder des Kapselungs-Elements (18) be wirkt, wobei insbesondere das Kapselungs-Element (18), das zumindest Edelstahl aufweist, aufgrund der Materialeigenschaften, insbesondere aufgrund eines hohen induktiven Widerstands, eine schnelle Erwärmung begünstigt.
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