WO2022042945A1 - Seitenkanalverdichter für ein brennstoffzellensystem zur förderung und/oder ver-dichtung von einem gasförmigen medium, insbesondere wasserstoff - Google Patents

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

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WO2022042945A1
WO2022042945A1 PCT/EP2021/070148 EP2021070148W WO2022042945A1 WO 2022042945 A1 WO2022042945 A1 WO 2022042945A1 EP 2021070148 W EP2021070148 W EP 2021070148W WO 2022042945 A1 WO2022042945 A1 WO 2022042945A1
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housing
side channel
heating element
compressor
axis
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PCT/EP2021/070148
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Armin Merz
Alexander Hero
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

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 vehicle sector in the future.
  • Hydrogen gas flows must be controlled, particularly in fuel cell powered vehicles.
  • the gas flows are no longer controlled discontinuously, as with the injection of liquid fuel, but the gas is taken from at least one high-pressure tank and routed 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 compressors are usually driven by electric motors which, when operated in vehicles, are supplied with voltage via the vehicle battery. So-called ice bridges can form between the moving parts, in particular a compressor wheel and a housing, of the side channel compressor when the fuel cell system is switched off and at low ambient temperatures.
  • DE 10 2010 035 039 A1 discloses a side channel compressor for a fuel cell system in which the stator windings of an electric drive serve as a heating element.
  • a control circuit is provided, via which the stator windings can be switched to a heating mode.
  • side channel compressors are known in which a media-guided heating circuit, in particular with a liquid, and/or heating mats glued to the housing of the side channel compressor are used, which serve to heat the side channel compressor, in particular the flow areas of the side channel compressor, in which ice bridges can form.
  • the side channel compressor known from DE 10 2010 035 039 A1 can have certain disadvantages.
  • stator winding is energized to heat the side channel compressor and the hydrogen-carrying areas of the side channel compressor, in which hydrogen bridges can form, there can be high losses in efficiency.
  • stator winding when the stator winding is energized, the main function of which is to generate a rotating field in order to set a rotor in motion, a power loss is generated if the stator winding is to be heated by the energization.
  • a large part of the side channel compressor which has no ice bridges at all, has to be heated and/or the thermal energy has to travel through at least almost the entire side channel compressor from the area of the stator winding to the hydrogen-carrying area of the side channel compressor.
  • 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 patent claims.
  • a side channel compressor is proposed, in which at least one heating element is located in a housing, in particular in a lower part of the housing, with the at least one heating element being at least almost completely integrated in the housing, with the at least one heating element in particular being designed as a heating cartridge is.
  • the advantage can be achieved that the thermal energy radiated by the heating element is at least almost completely absorbed by the housing.
  • the heating element as a heating cartridge, the required electrical energy can be reduced in order to melt the ice bridges, particularly in the hydrogen-bearing areas, since a heating cartridge has a high level of efficiency when converting electrical and/or inductive energy into thermal energy. In this way, the efficiency of the heating element and/or the side channel compressor can be increased, which means that less electrical energy has to be used to melt possible ice bridges in the side channel compressor, particularly in the hydrogen-carrying areas.
  • the at least one heating element is located in at least one bore in the housing of the side channel compressor.
  • a cost-effective integration of the heating element in the side channel compressor can be implemented, since the bore has to be made using only a few manufacturing steps and the manufacturing costs and/or processing costs can be reduced.
  • a cost-effective assembly of the heating element can be implemented in this way without further or at least only minor structural changes to the side channel compressor being necessary. This reduces the assembly costs and thus the production costs of the side channel compressor, while the probability of failure of the side channel compressor can be reduced.
  • the at least one heating element in at least one bore, it is ensured that the maintenance costs of the side channel compressor and/or the heating element can be reduced, since good access to the heating element can be guaranteed and a rapid replacement of a defective heating element, for example, is made possible.
  • the at least one heating cartridge has a cylindrical design and runs at least almost completely along a first or second longitudinal axis.
  • the advantage can be achieved that a uniform delivery of thermal energy from the heating element to the housing can be guaranteed, which means that the ice bridges can be quickly eliminated and damage to parts of the side channel blower and/or attachments due to strong fluctuations in the Dissipation of heat energy from the heating element is reduced, thereby reducing damage from temperature spikes and/or over temperature.
  • a simplified and rapid assembly and/or disassembly of the heating element in the side channel compressor, in particular in the housing can be guaranteed in this way.
  • this offers the advantage that the service life of a drive and thus of the entire side channel blower can be increased.
  • the at least one heating cartridge is cylindrical and runs at least almost completely along a circular path, the circular path running around an axis of rotation and having a diameter that is at least almost identical to the at least one side channel running around the axis of rotation.
  • the greatest possible coverage of the heating cartridge with a side channel can be brought about, with the ice bridges forming in particular in the area of the side channels and damaging the moving components here, in particular the compressor wheel, of the side channel.
  • the thermal energy for defrosting and/or eliminating the ice bridges can thus be introduced in a targeted manner only into the area of the side channel compressor in which the ice bridges also occur.
  • the greatest possible remaining area and/or the greatest possible remaining volume of the side channel compressor, which/which should not be heated, is subjected to only the least possible amount of thermal energy, so that heat loss and/or energy loss can be at least almost completely reduced.
  • the efficiency of the side channel compressor and/or the heating element can be improved and/or increased.
  • the housing has a first bore and a second bore, in particular in the lower part of the housing. wherein the first heating element is in the first bore and the second heating element is in the second bore.
  • the advantage can be achieved that the first heating element and the second heating element are located with the largest possible portion of their surface in overlap with the respective side channel and thus a rapid transfer of thermal energy from the heating element in the area of the ice bridges occurring in the area of the respective side channel.
  • the ice bridges can thus be eliminated quickly during a cold start procedure of the side channel compressor, while as little thermal energy as possible is lost, for example by heating up areas of the side channel compressor in which no ice bridges occur at all.
  • the efficiency of the side channel compressor and/or the heating element can thus be improved.
  • a compact design of the heating element and/or the side channel compressor can be maintained or brought about.
  • a heat-conducting sleeve in each bore into which the respective heating element is inserted, with the respective sleeve at least almost completely enclosing the respective heating element and/or with the respective sleeve being at least almost completely along a first or second longitudinal axis runs.
  • the advantage can be achieved that an improved transfer of thermal energy from the respective heating element to the housing can be implemented, since the heat-conducting sleeve has an enlarged surface in the housing and/or an enlarged contact area, for example due to the geometric shapes of the sleeve.
  • the heat energy can be quickly transferred between the heating element and the housing via the heat-conducting sleeve to the areas in the side channel compressor in which ice bridges have formed.
  • the advantage can be achieved that the assembly properties of the heating elements can be improved since the at least one heating element can be quickly inserted into the heat-conducting sleeve, for example due to a low surface roughness of the inner surface thereof. The assembly costs and/or disassembly costs can thus be reduced, whereby the manufacturing costs and/or the maintenance costs of the side channel compressor can be reduced.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a side channel compressor according to the invention
  • Figure 2 is a perspective view of the side channel compressor according to a first embodiment
  • FIG. 3 shows a top view of the side channel compressor according to a second embodiment.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a side channel compressor 1 proposed according to the invention and designed rotationally symmetrically to an axis of rotation 4 .
  • the side channel compressor 1 has a compressor wheel 2 which is designed in particular as a closed disk-like compressor wheel 2 and is mounted in a housing 3 so that it can rotate about the horizontal axis of rotation 4 .
  • a drive 6, in particular an electric drive 6, serves as rotary drive 6 of the compressor wheel 2.
  • the drive 6 can be designed as a radial inner-rotor electric motor 6 or, according to a second exemplary embodiment, as an axial field electric motor 6 .
  • the drive 6 can have several cooling fins.
  • the housing 3 comprises an upper housing part 7 and a lower housing part 8 which are connected to one another. Between the two housing parts 7, 8 there can be a sealing element running around the axis of rotation 4, which encapsulates a compressor chamber 30 of the side channel compressor 1, in particular against contamination or moisture from the outside.
  • the compressor wheel 2 is non-rotatably mounted on a drive shaft 9 arranged and is surrounded by the upper housing part 7 and the lower 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 being connected to the drive shaft 9 in particular by means of a press fit.
  • the compressor wheel hub 10 is also delimited circumferentially on the side facing away from the axis of rotation 4 by a hub base 12 .
  • Compressor wheel 2 forms an encircling circular hub disk 13 from hub base 12 outwards away from axis of rotation 4 .
  • the compressor wheel 2 forms at least one delivery cell 28 adjoining the hub disk 13 on the outside. This at least one delivery cell 28 of the compressor wheel 2 runs all the way around the axis of rotation 4 in the encircling compressor space 30 of the housing 3.
  • the cut contour of a blade leaf 5 can also be seen in FIG. 1 in the region of the delivery cell 28.
  • This airfoil 5 can have a V-shaped contour.
  • the respective delivery cell 28 is delimited in the direction of rotation of the compressor wheel 2 by two blade leaves 5 , a number of blade leaves 5 being arranged circumferentially 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 region 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 at least one side channel 19, 21 can run around the axis of rotation 4 at least in a partial area of the housing 3, with the partial area in which the at least one side channel 19, 21 is not formed in the housing 3 having an interrupter area 15 in Housing 3 is formed.
  • the drive shaft 9 is mounted in the housing 3 by means of at least one bearing 27 , which can be a roller bearing 27 , in particular a ball bearing 27 .
  • the drive 6 can be connected to the housing 3 of the side channel compressor 1 , in particular to the housing upper 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 lower housing 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 fluidly 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 of the compressor wheel 2 increases and in the side channels 19.
  • the gaseous medium After passing through the gas outlet opening 16 of the side channel compressor 1, the gaseous medium is discharged and flows in an outflow direction, in particular in the direction of a jet pump of a fuel cell system 37.
  • the interrupter area 15 separates a pressure side and a suction side, with the suction side being in the area of the gas inlet opening 14 and the pressure side being in the area of the gas outlet opening 16 .
  • the gas outlet opening 16 can be located on an end face of the housing 3 facing away from the axis of rotation 4 or on an end face of the housing 3 facing away from an axis of symmetry 48, on which the gas inlet opening 14 is also located.
  • a reference axis 47 is shown, which runs orthogonally to the axis of rotation 4 and also parallel to the axis of symmetry 48.
  • a torque is transmitted from the drive 6 to the compressor wheel 2 via the compressor wheel hub 10 .
  • the compressor wheel 2 is set in rotation and the at least one delivery cell 28 moves in a rotation around the axis of rotation 4 through the compressor chamber 30 in the housing 3 in the direction of a direction of rotation.
  • a gaseous medium that is already in the compressor space 30 is moved along by the delivery cell 28 and is thereby delivered and/or compressed.
  • a movement of the gaseous medium, in particular a flow exchange takes place between the delivery cell 28 and the at least one side channel 19, 21. It is crucial for the conveying effect that a circulation flow 26 can form within the respective side channel 19, 21 during operation.
  • the side channels 19, 21 are pneumatically separated from one another by means of the surface pairings in the region of a respective inner axial gap 38 and an outer axial gap 40.
  • the areas in which the compressor wheel 2 and the housing 3, in particular the housing upper part 7 and the housing Lower part 8 forming a gap, in particular an area with a small gap dimension, is the area of the inner and outer axial gap 38, 40, which is formed by the compressor wheel 2 and a first contact surface 23 and/or a second contact surface 25 of the housing 3, in particular by means of a surface pairing between the housing 3 and/or the compressor wheel 2.
  • the surface pairings mentioned generally have as little play as possible with respect to one another.
  • the gaseous medium which is in particular an unused recirculation medium from the fuel cell system 37, in particular a fuel cell, flows via the gas inlet opening 14 into the compressor 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 in front of the gas inlet opening 14 .
  • the gaseous medium After passing through the gas outlet opening 16 of the side channel compressor 1, the gaseous medium is discharged and flows back into the fuel cell system 37.
  • the symmetry axis 48 is also shown, which is orthogonal to the axis of rotation 4 and symmetrically centered through the sectional geometry of the compressor wheel 2 runs.
  • Fig. 1 shows that the axial gaps 38, 40 are used to encapsulate the delivery cell 28 and/or the respective side channel 19, 21 from one another and/or the respective side channel 19, 21 from a region 50 and/or in a region 52 of the housing 3 that is radially outward with respect to the axis of rotation 4 .
  • the gaseous medium can be at least partially and slightly moved through from the at least one side channel 19, 21 into the outer region 52, at least temporarily.
  • the encapsulation prevents the gaseous medium from being able to penetrate from the area of the delivery cell 28 and/or the side channels 19, 21 into the inner area 50 and/or the outer area 52 of the side channel compressor 1.
  • the drive 6 has a rotor 17 running axially to the axis of rotation 4, the rotor 17 being connected to the drive shaft 9 in a non-positive and/or positive manner, in particular by means of an interference fit.
  • An encapsulation of the rotor 17 against environmental influences and/or against moisture and dirt from the outside is achieved by using a rotor housing 41 .
  • the use of the rotor housing 41 prevents hydrogen from escaping from the side channel compressor 1 into the environment.
  • the drive 6 has a stator 11 rotating around the axis of rotation 4 , the stator 11 being arranged outside and/or rotating around the rotor 17 and/or the rotor 17 being located within the inner diameter of the stator 11 .
  • the rotor 17 By energizing the stator 11, the rotor 17 can be driven and, in particular, set in a rotational movement.
  • An encapsulation of the stator 11 against environmental influences and/or against moisture and dirt from the outside is achieved by using a stator housing 39 .
  • the rotor housing 41 and/or the stator housing 39 can be fixed to the housing 3 of the side channel compressor 1 , in particular screwed onto the housing 3 .
  • Fig. 1 shows that there is at least one heating element 18, 20 in the housing 3, in particular in the lower part 8 of the housing, with the at least one heating element 18, 20 being at least almost completely integrated in the housing 3 and with the at least one Heating element 18, 20 is designed as a heating cartridge 18, 20.
  • the heating element 18, 20 runs at least partially parallel to the respective side channel 19, 21, in particular at an at least almost identical distance from the axis of rotation 4.
  • the heating element 18, 20 is located directly next to the respective side channel 19, 21 in relation to the axis of symmetry 48 the respective side channel 19, 21 and the respective heating element 18, 20 are only separated from one another by a small wall thickness, in particular between 2 and 40 millimeters, of the material of the housing 3.
  • the thermal energy can be quickly transferred from the respective heating element 18, 20 to the respective side channel 19, 21, in particular the area of the ice bridges, whereby it can be avoided that a large part of the material of the housing 3 of the side channel compressor 1 also has to be heated. whereby a large part of the thermal energy would be lost without causing a corresponding effect in the form of defrosting the ice bridges, which in turn leads to increased operating costs of the side channel compressor 1.
  • FIG. 2 shows a perspective view of the side channel compressor 1 according to a first exemplary embodiment, with the housing 3 being shown semi-transparent here, so that the inner workings of the side channel compressor and/or housing 3 are visible, such as the respective side channel 19, 21 it is shown that the at least one side channel 19, 21 runs annularly around the axis of rotation 4 with a specific and at least almost constant radius.
  • a first heating element 18 is located in a first bore 42 and a second heating element 20 is located in a second bore 44.
  • the heating elements 18, 20 are designed as heating cartridges 18, 20, with the respective heating cartridge 18, 20 is designed cylindrical.
  • the first heating cartridge 18 runs at least almost completely along a first longitudinal axis 49.
  • the second heating cartridge 20 runs at least almost completely along a second longitudinal axis 51.
  • the reference axis 47 runs through or at least parallel to the respective heating element 18, 20 and/or the respective Bore 42, 44 and/or to the respective longitudinal axis 49, 51.
  • the reference axis 47 which runs orthogonally to the axis of rotation 4, runs through a region 54 of the housing 3 in which the gas inlet opening 14 and the gas outlet opening 16 are located.
  • This area 54 comprises at least almost a quarter of the housing 3 and borders on the axis of rotation 4 at its corner point.
  • the reference axis 47 runs at least almost through two edges of the housing 3. It is also shown in Fig. 2 that the reference axis 47 is connected to the first Longitudinal axis 49 of the first bore 42 and the second longitudinal axis 51 of the second bore 44 forms an intersection 53, with all three axes 47, 49, 51 running through this common intersection 53.
  • the first longitudinal axis 49 runs at an angle a to the reference axis 47 and/or the second longitudinal axis 51 runs at an angle a to the reference axis 47.
  • the angle a forms a value between 2° and 40°. 2 shows that the housing 3 has the first bore 42 and the second bore 44, in particular in the lower part 8 of the housing, with the first heating element 18 being in the first bore 42 and the second heating element 20 being in the second bore 44. In this way, quick and inexpensive assembly can be made possible, with the respective heating element 18, 20 being able to be placed directly on the respective side channel 19, 21.
  • the respective heating element 18, 20 is either supplied with an energy source by means of at least one cable and can thus be energized during the cold start procedure.
  • the respective heating element 18, 20 can also be supplied with energy, in particular heating energy, inductively, which means that cabling can be omitted and the probability of failure of the side channel compressor 1 due to damaged cabling can be reduced.
  • a heat-conducting sleeve 32, 34 can be located in the respective bore 42, 44 into which the respective heating element 18, 20 is inserted, with the respective sleeve 32, 34 at least almost completely enclosing the respective heating element 18, 20 and/or or wherein the respective sleeve 32, 34 runs at least almost completely along a first or second longitudinal axis 49, 51.
  • the at least one heating element 18, 20 can cover the respective side channel 19, 21 as much as possible, in particular in a plan view in the direction of the axis of rotation 4.
  • the side channels 19, 21 can be heated quickly by means of the at least one heating element 18, 20 and thus the ice bridges can be quickly eliminated during a cold start, thereby improving the cold start capabilities of the side channel compressor 1 and thus of the entire vehicle.
  • FIG. 3 shows a plan view of the side channel compressor 1 according to a second exemplary embodiment.
  • At least one heating element 18, 20 is used, the heating element 18, 20 being designed as a heating cartridge 18, 20 and running at least almost completely along a circular path 22.
  • the circular path 22 runs around the axis of rotation 4 and has an at least almost identical diameter to the at least one side channel 19 , 21 running around the axis of rotation 4 .
  • the heating element 18, 20 and/or the respective bore 42, 44 runs in an at least almost identical diameter around the axis of rotation 4 as the respective side tenkanal 19, 21.
  • the respective heating element 18, 20, which describes an arcuate path along the circular path 22 running around the axis of rotation 4 is inserted into the respective arcuate path 22 running along the respective bore 42, 44.
  • the respective bore 42, 44 can have a conical course which tapers again with increasing insertion depth, as a result of which rapid assembly can be achieved.
  • the reference axis 47 runs orthogonally to the axis of rotation 4 in such a way that it forms two points of intersection with the circular path 22 and runs at least through the interrupter area 15, in which no respective side channel 19, 21 is formed.
  • the curved course of the respective heating element 18, 20 causes the greatest possible overlap of the respective heating element 18, 20 with the respective side channel 19, 21, particularly viewed in the direction of the axis of rotation 4, which results in the fastest possible transfer of the heating energy from the heating element 18, 20 the ice bridge to be eliminated can take place in the area of the respective side channel 19, 21 and/or the compressor wheel 2.
  • the area and the volume of the side channel compressor 1 that is heated up can be limited in this way, since the respective heating element 18, 20 is located as close as possible to the ice bridge to be eliminated, so that less heating energy is required due to unnecessary heating of areas and/or Volume of the side channel compressor 1 is expended that do not contribute to the elimination of the ice bridges.
  • the energy consumption of the heating elements 18, 20 can thus be reduced during a cold start procedure, as a result of which the efficiency of the entire side channel compressor 1 can be improved.

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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 befindet sich dabei mindestens ein Heizelement (18, 20) im Gehäuse (3), insbesondere im Gehäuse-Unterteil (8), wobei das mindestens eine Heizelement (18, 20) zumindest nahezu vollständig im Gehäuse (3) integriert ist, wobei insbesondere das mindestens eine Heizelement (18, 20) als eine Heizpatrone (18, 20) ausgeführt ist.

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 Brennstoffzellensystem zur Förderung und/oder Verdichtung von einem gasförmigen Medium, insbesondere Wasserstoff, das insbesondere zur Anwendung in Fahrzeugen mit einem Brennstoffzellenantrieb vorgesehen ist.
Im Fahrzeugbereich spielen neben flüssigen Kraftstoffen in Zukunft auch gasförmige Kraftstoffe eine zunehmende Rolle. Insbesondere bei Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb müssen Wasserstoffgasströme gesteuert werden. Die Gasströme werden hierbei nicht mehr diskontinuierlich, wie bei der Einspritzung von flüssigem Kraftstoff gesteuert, sondern es wird das Gas aus mindestens einem Hochdrucktank entnommen und über eine Zuströmleitung eines Mitteldruckleitungssystems 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 strömungstechnisch und effizienztechnisch unterstützt. Zudem werden Seitenkanalverdichter zur Unterstützung des Strömungsaufbaus im Brennstoffzellenantrieb eingesetzt, insbesondere bei einem (Kalt)-Start des Fahrzeugs nach einer gewissen Standzeit. Das Antreiben dieser Seitenkanalverdichter erfolgt üblicherweise über Elektromotoren, die beim Betrieb in Fahrzeugen über die Fahrzeugbatterie mit Spannung versorgt werden. Dabei können sich im abgeschalteten Zustand des Brennstoffzellensystems und bei niedrigen Umgebungstemperaturen sogenannte Eisbrücken zwischen den beweglichen Teilen, insbesondere einem Verdichterrad und einem Gehäuse, des Seitenkanalverdichters bilden.
Aus der DE 10 2010 035 039 Al ist ein Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem bekannt, bei dem die Statorwicklungen eines elektrischen Antriebs als Heizelement dienen. Dabei wird eine Steuerschaltung vorgesehen, über die die Statorwicklungen in einen Heizmodus schaltbar sind. Zudem sind Seitenkanalverdichter bekannt, bei dem ein mediengeführter Heizkreislauf, insbesondere mit einer Flüssigkeit, und/oder an dem Gehäuse des Seitenkanalverdichters verklebte Heizmatten verwendet werden die zum Erhitzen des Seitenkanalverdichters dienen, insbesondere der Strömungsbereiche des Seitenkanalverdichters, in der sich Eisbrücken ausbilden können.
Der aus der DE 10 2010 035 039 Al bekannte Seitenkanalverdichter kann gewisse Nachteile aufweisen.
Bei einer Bestromung der Statorwicklung zur Erwärmung des Seitenkanalverdichters und der wasserstoffführenden Bereiche des Seitenkanalverdichters, in denen sich Wasserstoffbrücken bilden können, kann es zu hohen Wirkungsgradverlusten kommen. Zum einen wird bei einer Bestromung der Statorwicklung, die als Hauptfunktion eine Erzeugung eines Drehfeldes um einen Rotor in Bewegung zu versetzen, eine Verlustleistung erzeugt, wenn diese mittels der Bestromung erwärmt werden sollen. Zum anderen muss ein großer Teil des Seitenkanalverdichters erhitzt werden, der gar keine Eisbrücken aufweist und/oder die Wärmeenergie muss durch zumindest nahezu den gesamten Seitenkanalverdichter vom Bereich der Statorwicklung zum wasserstoffführenden Bereich des Seitenkanalverdichters zurücklegen. Hierbei geht ein großer Teil der Wärmeenergie verloren, der für das Abschmelzen der Eisbrücken benötigt wird, wodurch der Wirkungsgrad der als Heizelements verwendeten Statorwicklung verringert wird. Zudem könnte es zum Erhitzen von Teilen des Seitenkanalverdichters und/oder Anbauteilen kommen, die durch das Erwärmen beschädigt werden können.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem zur Förderung und/oder Verdichtung von einem gasförmigen Medium, insbesondere Wasserstoff, mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche bereitgestellt. Bezugnehmend auf Anspruch 1 wird ein Seitenkanalverdichter vorgeschlagen, bei dem sich mindestens ein Heizelement in einem Gehäuse, insbesondere in einem Gehäuse-Unterteil, befindet, wobei das mindestens eine Heizelement zumindest nahezu vollständig im Gehäuse integriert ist wobei insbesondere das mindestens eine Heizelement als eine Heizpatrone ausgeführt ist. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass die vom Heizelement abstrahlende Wärmeenergie zumindest nahezu vollständig vom Gehäuse aufgenommen wird. Zudem kann mittels der Ausführung des Heizelements als eine Heizpatrone die benötigte elektrische Energie reduziert werden, um die Eisbrücken, insbesondere in den wasserstoffführenden Bereichen abzuschmelzen, da eine Heizpatrone einen hohen Wirkungsgrad bei der Umwandlung von elektrischer und/oder induktiver Energie in Wärmeenergie aufweist. Somit kann auf diese Weise der Wirkungsgrad des Heizelements und/oder des Seitenkanalverdichters erhöht werden, wodurch weniger elektrische Energie eingesetzt werden muss, um mögliche Eisbrücken im Seitenkanalverdichter, insbesondere in den wasserstoffführenden Bereichen, abzuschmelzen.
Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Seitenkanalverdichters befindet sich das mindestens Heizelement in mindestens einer Bohrung im Gehäuse des Seitenkanalverdichters. Auf diese Weise kann eine kostengünstige Integration des Heizelements im Seitenkanalverdichter realisiert werden, da die Bohrung mittels nur weniger Fertigungsschritte eingebracht werden muss und die Fertigungskosten und/oder Bearbeitungskosten reduziert werden können. Zudem kann auf diese Weise eine kostengünstige Montage des Heizelements umgesetzt werden, ohne dass weitere oder zumindest nur geringfügige konstruktive Änderungen am Seitenkanalverdichter notwendig sind. Dies reduziert die Montagekosten und somit die Fertigungskosten des Seitenkanalverdichters während die Ausfallwahrscheinlichkeit des Seitenkanalverdichters reduziert werden kann. Zudem wird mittels des Platzierens des mindestens einen Heizelements in mindestens einer Bohrung gewährleistet, dass die Wartungskosten des Seitenkanalverdichters und/oder des Heizelements verringert werden können, da eine guter Zugang zum Heizelement gewährleistet werden kann und somit ein schnelles Auswechseln eines beispielsweise defekten Heizelements ermöglicht wird. Zudem kann auf diese Weise eine kompakte Bauweise des Heizelements und/oder des Seitenkanalverdichters beibehalten oder herbeigeführt werden kann. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die mindestens eine Heizpatrone zylindrisch ausgeführt ist und verläuft zumindest nahezu vollständig entlang einer ersten oder zweiten Längsachse. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass eine gleichmäßige Abgabe der Wärmeenergie vom Heizelement an das Gehäuse gewährleistet werden kann, wodurch ein schnelles Beseitigen der Eisbrücken gewährleistet werden kann und wobei eine Beschädigung von Teilen des Seitenkanalverdichters und/oder Anbauteilen durch starke Schwankungen bei der Abgabe der Wärmeenergie aus dem Heizelement reduziert wird, wodurch eine Beschädigung durch Temperaturspitzen und/oder eine zu hohe Temperatur verringert wird. Zudem kann auf diese Weise eine vereinfachte und schnelle Montage und/oder Demontage des Heizelements im Seitenkanalverdichter, insbesondere im Gehäuse, gewährleistet werden. Weiterhin bietet dies den Vorteil, dass die Lebensdauer eines Antriebs und somit des gesamten Seitenkanalverdichters erhöht werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Seitenkanalverdichters ist die mindestens eine Heizpatrone zylindrisch ausgeführt und zumindest nahezu vollständig entlang einer Kreisbahn verläuft, wobei die Kreisbahn umlaufend um eine Drehachse verläuft und einen zumindest nahezu identischen Durchmesser zum umlaufend um die Drehachse verlaufenden mindestens einen Seitenkanal aufweist. Auf diese Weise lässt sich eine größtmögliche Überdeckung der Heizpatrone mit einem Seitenkanal herbeiführen, wobei sich die Eisbrücken insbesondere im Bereich der Seitenkanäle bilden und hier die beweglichen Bauteile, insbesondere das Verdichterrad, des Seitenkanals schädigen kann. Somit kann die Wärmeenergie zum Abtauen und/oder Eliminieren der Eisbrücken gezielt nur in den Bereich des Seitenkanalverdichters eingebracht werden, in dem die Eisbrücken auch auftreten. Der größtmögliche restliche Bereich und/oder das größtmögliche restliche Volumen des Seitenkanalverdichters, welcher/welches nicht erwärmt werden sollte, wird nur geringstmöglich mit Wärmeenergie beaufschlagt, so dass Verlustwärme und/oder Verlustenergie zumindest nahezu vollständig reduziert werden kann. Somit kann der Wirkungsgrad des Seitenkanalverdichters und oder des Heizelements verbessert und/oder erhöht werden.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung weist das Gehäuse eine erste Bohrung und eine zweite Bohrung auf, insbesondere im Gehäuse-Unterteil, wobei das erste Heizelement in der ersten Bohrung und sich das zweite Heizelement in der zweiten Bohrung befindet. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass sich das erste Heizelement und das zweite Heizelement mit einem größtmöglichen Anteil Ihrer Oberfläche in Überdeckung mit dem jeweiligen Seitenkanal befinden und somit eine schnelle Übertragung der Wärmeenergie aus dem Heizelement in den Bereich der auftretenden Eisbrücken im Bereich des jeweiligen Seitenkanals erfolgt. Somit können die Eisbrücken während einer Kaltstartprozedur des Seitenkanalverdichters schnell behoben werden, während möglichst wenig Wärmeenergie verloren geht, beispielsweise indem Bereich des Seitenkanalverdichters erwärmt werden, in denen gar keine Eisbrücken auftreten. Somit kann der Wirkungsgrad des Seitenkanalverdichters und/oder des Heizelements verbessert werden. Zudem kann auf diese Weise eine kompakte Bauweise des Heizelements und/oder des Seitenkanalverdichters beibehalten oder herbeigeführt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung befindet sich jeweils eine wärmeleitende Hülse in der jeweiligen Bohrung, in die das jeweilige Heizelement eingeschoben wird, befindet, wobei die jeweilige Hülse das jeweilige Heizelement zumindest nahezu vollständig umschließt und/oder wobei die jeweilige Hülse zumindest nahezu vollständig entlang einer ersten oder zweiten Längsachse verläuft. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass eine verbesserte Abgabe der Wärmeenergie von dem jeweiligen Heizelement an das Gehäuse umgesetzt werden kann, da die wärmeleitenden Hülse beispielsweise durch die geometrischen Ausformungen der Hülse eine vergrößerte Oberfläche im Gehäuse und/oder eine Vergrößerung der Kontaktfläche, insbesondere aufgrund der geometrischen Ausformung der Hülse im Bereich der Kontaktflächen mit dem Gehäuse, zwischen der wärmeleitenden Hülse und dem Gehäuse umsetzt, verglichen mit der Kontaktfläche zwischen dem Heizelement und dem Gehäuse. Somit lässt sich einen schnelle Übertragung der Heizenergie zwischen dem Heizelement und dem Gehäuse über die wärmeleitende Hülse hin zu den Bereichen im Seitenkanalverdichter, in denen sich Eisbrücken gebildet haben. Des Weiteren kann der Vorteil erzielt werden, dass die Montageeigenschaften der Heizelemente verbessert werden können, da sich das mindestens eine Heizelement, beispielsweise aufgrund einer geringen Oberflächenrauhigkeit der innenliegenden Oberfläche der wärmeleitenden Hülse, schnell in diese Einschieben lässt. Damit können die Montagekosten und/oder Demontagekosten reduziert werden, wodurch sich die Fertigungskosten und/oder die Instandhaltungskosten des Seitenkanalverdichters reduzieren lassen.
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 beschrieben.
Es zeigt:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Seitenkanalverdichters,
Figur 2 eine perspektivische Darstellung des Seitenkanalverdichters gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Figur 3 eine Draufsicht des Seitenkanalverdichters gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Der Darstellung gemäß Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch einen rotationssymmetrisch zu einer Drehachse 4 ausgebildeten erfindungsgemäß vorgeschlagene Seitenkanalverdichter 1 zu entnehmen.
Der Seitenkanalverdichter 1 weist dabei ein Verdichterrad 2 auf, das insbesondere 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 Drehantrieb 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 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 Kapselung eines Verdichterraums 30 des Seitenkanalverdichters 1 bewirkt, insbesondere 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 umschlossen.
Dabei weist das Verdichterrad 2 eine innere Verdichterrad-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 abgewandten Seite durch einen Naben-Fuß 12 begrenzt. Vom Naben-Fuß 12 nach außen von der Drehachse 4 weg bildet das Verdichterrad 2 eine umlaufende kreisförmige Naben-Scheibe 13 aus. Des Weiteren bildet das Verdichterrad 2 eine sich außenseitig an die Naben-Scheibe 13 anschließende mindestens eine Förderzelle 28 aus. Diese mindestens eine Förderzelle 28 des Verdichterrads 2 verläuft umlaufend um die Drehachse 4 in dem umlaufenden 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 jeweilige Förderzelle 28 in Rotationsrichtung des Verdichterrads 2 von zwei Schaufelblättern 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 mindestens 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 Gehäuses 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.
Dabei ist die Antriebswelle 9 mittels mindestens eines 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 Stirnfläche 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 erhöht sich mit fortschreitendem Umlauf von der Gas- Einlassöffnung 14 zur Gas- Auslassöffnung 16 in Drehrichtung des Verdichterrads 2 die Verdichtung und/oder der Druck und/oder die Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Mediums in der Förderzelle 28, insbesondere in den Förderzellen 28 des Verdichterrads 2 und in den Seitenkanälen 19. Dabei wird das gasförmige Medium nach erfolgtem Durchlauf durch die Gas-Auslassöffnung 16 des Seitenkanalverdichters 1 abgeleitet und strömt in einer Ausströmrichtung, insbesondere in Richtung einer Strahlpumpe eines Brennstoffzellensystems 37, aus. Durch den Unterbrecher- Bereich 15 wird eine Trennung einer Druckseite und einer Saugseite bewirkt, wobei sich die Saugseite im Bereich der Gas- Einlassöffnung 14 befindet und die Druckseite im Bereich der Gas-Auslassöffnung 16 befindet. Die Gas-Auslassöff- nung 16 kann sich dabei an einer der Drehachse 4 abgewandten Stirnseite des Gehäuses 3 befinden oder an einer einer Symmetrieachse 48 abgewandten Stirnseite des Gehäuses 3, an dem sich auch die Gas- Einlassöffnung 14 befindet. Zudem ist eine Bezugsachse 47 gezeigt, die orthogonal zur Drehachse 4 verläuft und zudem parallel zur Symmetrieachse 48.
Vom Antrieb 6 wird ein Drehmoment über die Verdichterrad-Nabe 10 auf das Verdichterrad 2 übertragen. Dabei wird das Verdichterrad 2 in Rotationsbewegung versetzt und die wenigstens eine Förderzelle 28 bewegt sich in einer Rotationsbewegung umlaufend um die Drehachse 4 durch den Verdichterraum 30 im Gehäuse 3 in Richtung einer Drehrichtung. Dabei wird ein schon im Verdichterraum 30 befindliches gasförmiges Medium durch die Förderzelle 28 mitbewegt und dabei gefördert und/oder verdichtet. Zudem findet eine Bewegung des gasförmigen Mediums, insbesondere ein Strömungsaustausch, zwischen der Förderzelle 28 und dem mindestens einen Seitenkanal 19, 21 statt. Dabei ist es für die Förderwirkung entscheidend, dass sich im Betrieb eine Zirkulationsströmung 26 innerhalb des jeweiligen Seitenkanals 19, 21 ausbilden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass die Seitenkanäle 19, 21 mittels der Flächenpaarungen im Bereich eines jeweiligen inneren Axialspalts 38 und eines äußeren Axialspalts 40 pneumatisch voneinander getrennt sind. Die Bereiche in denen das Verdichterrad 2 und das Gehäuse 3, insbesondere das Gehäuse-Oberteil 7 und das Gehäuse- Unterteil 8 einen Spalt, insbesondere einen Bereich mit einem geringen Spaltmaß ausbilden, ist der Bereich des inneren und äußeren Axialspalts 38, 40, die durch das Verdichterrad 2 und einer ersten Anlagefläche 23 und/oder einer zweiten Anlagefläche 25 des Gehäuses 3 ausgebildet wird, insbesondere mittels einer Flächenpaarung zwischen dem Gehäuse 3 und/oder dem Verdichterrad 2. Dabei weisen die erwähnten Flächenpaarungen in der Regel ein möglichst geringes Spiel zueinander auf. Des Weiteren strömt das gasförmige Medium, bei dem es sich insbesondere um ein unverbrauchtes Rezirkulationsmedium aus dem Brennstoffzellensystem 37, insbesondere eine 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 und strömt zurück in das Brennstoffzellensystem 37. Des Weiteren ist die Symmetrieachse 48 gezeigt, die orthogonal zur Drehachse 4 und symmetrisch mittig durch die Schnittgeometrie des Ver- dichterrads 2 verläuft.
Des Weiteren ist in Fig. 1 gezeigt, dass mittels der Axialspalte 38, 40 eine Kapselung der Förderzelle 28 und/oder des jeweiligen Seitenkanals 19, 21 voneinander und/oder den jeweiligen Seitenkanal 19, 21 von einem bezüglich der Drehachse 4 radial innenliegenden Bereich 50 und/oder einem bezüglich der Drehachse 4 radial außenliegenden Bereich 52 des Gehäuses 3 erfolgt. In bestimmten Betriebssituation des Seitenkanalverdichters 1 kann ein zumindest teilweises und geringfügiges Hindurchbewegen des gasförmigen Mediums vom mindestens einen Seitenkanal 19, 21 in den außenliegenden Bereich 52 zumindest zeitweise erfolgen. Durch die Kapselung wird verhindert, dass das gasförmige Medium aus dem Bereich der Förderzelle 28 und/oder den Seitenkanälen 19, 21 in den innenliegenden Bereich 50 und/oder den außenliegenden Bereich 52 des Seitenkanalverdichters 1 vordringen kann. Dadurch wird weiterhin verhindert, dass die Bauteile Antrieb 6 und/oder Lager 27 und/oder Antriebswelle 9, die sich im innenliegenden Bereich 50 befinden, beschädigt werden. Im Falle des elektrischen Antriebs 6 kann ein Eindringen des schweren Bestandsteils Wasser oder von Wasserstoff zu einem Kurzschluss führen und/oder zu einer Schädigung der elektrischen oder weichmagnetischen Bauteile des Antriebs 6 führen. Dies kann den Betrieb des gesamten Seitenkanalverdichters 1 einschränken und sogar zu einem Ausfall führen. Weiterhin ist mittels der Axialspalte 38, 40 eine Erhöhung des Wirkungsgrads des Seitenkanalverdichters 1 möglich, je geringer die Größe des jeweiligen Axialspalts 38, 40 desto höher der erzielbare Wirkungsgrad des Seitenkanalverdichters.
In Fig. 1 ist darüber hinaus gezeigt, dass der Antrieb 6 einen axial zur Drehachse 4 verlaufenden Rotor 17 aufweist, wobei der Rotor 17 kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit der Antriebswelle 9 verbunden ist, insbesondere mittels eines Pressverbands. Eine Kapselung des Rotors 17 gegen Umwelteinflüsse und/oder gegen Feuchtigkeit und Verschmutzung von außen wird durch den Einsatz eines Rotorgehäuses 41 erzielt. Weiterhin wird ein Entweichen von Wasserstoff aus dem Seitenkanalverdichters 1 in die Umgebung durch den Einsatz des Rotorgehäuses 41 verhindert. Zudem weist der Antrieb 6 einen um die Drehachse 4 umlaufenden Stator 11 auf, wobei der Stator 11 außerhalb und/oder umlaufend um den Rotor 17 angeordnet ist und/oder sich der Rotor 17 innerhalb des Innendurchmessers des Stators 11 befindet. Durch eine Bestromung des Stators 11 kann der Rotor 17 angetrieben werden und insbesondere in eine Rotationsbewegung versetzt werden. Eine Kapselung des Stators 11 gegen Umwelteinflüsse und/oder gegen Feuchtigkeit und Verschmutzung von außen wird durch den Einsatz eines Statorgehäuses 39 erzielt. Das Rotorgehäuse 41 und/oder das Statorgehäuse 39 können dabei am Gehäuse 3 des Seitenkanalverdichters 1 fixiert sein, insbesondere an das Gehäuse 3 angeschraubt sein.
Zudem ist in Fig. 1 gezeigt, dass sich mindestens ein Heizelement 18, 20 im Gehäuse 3, insbesondere im Gehäuse-Unterteil 8, befindet, wobei das mindestens eine Heizelement 18, 20 zumindest nahezu vollständig im Gehäuse 3 integriert ist und wobei das mindestens eine Heizelement 18, 20 als eine Heizpatrone 18, 20 ausgeführt ist. Das Heizelement 18, 20 verläuft dabei zumindest teilweise parallel zum jeweiligen Seitenkanal 19, 21, insbesondere in einem zumindest nahezu identischen Abstand zur Drehachse 4. Zudem befindet sich das Heizelement 18, 20 in Relation zur Symmetrieachse 48 direkt neben dem jeweiligen Seitenkanal 19, 21 wobei der jeweilige Seitenkanal 19, 21 und das jeweilige Heizelement 18, 20 nur durch eine geringe Wanddicke, insbesondere zwischen 2 bis 40 Millimeter, des Materials des Gehäuses 3 voneinander getrennt sind. Auf diese Weise lässt sich die Wärmeenergie vom jeweiligen Heizelement 18, 20 schnell auf den jeweiligen Seitenkanal 19, 21, insbesondere den Bereich der Eisbrücken übertragen, wobei vermieden werden kann, dass ein Großteil des Materials des Gehäuses 3 des Seitenkanalverdichters 1 ebenfalls aufgeheizt werden muss, wodurch ein Großteil der Wärmeenergie verloren gehen würde, ohne eine entsprechende Wirkung in Form des Abtauens der Eisbrücken zu bewirken, was wiederum zu erhöhten Betriebskosten des Seitenkanalverdichters 1 führt.
In Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung des Seitenkanalverdichters 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei hier das Gehäuse 3 halbtransparent dargestellt ist, so dass das Innenleben des Seitenkanalverdichters und/oder Gehäuses 3 sichtbar ist, wie beispielsweise der jeweilige Seitenkanal 19, 21. Dabei ist gezeigt, dass der mindestens eine Seitenkanal 19, 21 mit einem bestimmten und zumindest nahezu konstanten Radius ringförmig umlaufend um die Drehachse 4 verläuft. Es befindet sich mindestens eine Heizelement 18, 20 in mindestens einer Bohrung 42, 44 im Gehäuse 3.
In dem gezeigten ersten Ausführungsbeispiel des Seitenkanalverdichters 1 befinden sich ein erstes Heizelement 18 in einer ersten Bohrung 42 und ein zweites Heizelement 20 befindet sich in einer zweiten Bohrung 44. Dabei sind die Heizelemente 18, 20 als Heizpatronen 18, 20 ausgeführt, wobei die jeweilige Heizpatrone 18, 20 zylindrisch ausgeführt ist. Die erste Heizpatrone 18 verläuft dabei zumindest nahezu vollständig entlang einer ersten Längsachse 49. Die zweite Heizpatrone 20 verläuft dabei zumindest nahezu vollständig entlang einer zweiten Längsachse 51. Dabei verläuft die Bezugsachse 47 durch oder zumindest parallel zum jeweiligen Heizelement 18, 20 und/oder der jeweiligen Bohrung 42, 44 und/oder zur jeweiligen Längsachse 49, 51.
Des Weiteren ist gezeigt, dass die Bezugsachse 47, die orthogonal zur Drehachse 4 verläuft, durch einen Bereich 54 des Gehäuses 3 verläuft, in dem sich die Gas- Einlassöffnung 14 und die Gas-Auslassöffnung 16 befinden. Dieser Bereich 54 umfasst zumindest nahezu ein Viertel des Gehäuses 3 und grenzt an seinem Eckpunkt an die Drehachse 4. Die Bezugsachse 47 verläuft dabei zumindest nahezu durch zwei Kanten des Gehäuses 3. Zudem wird in Fig. 2 dargestellt, dass die Bezugsachse 47 mit der ersten Längsachse 49 der ersten Bohrung 42 und der zweiten Längsachse 51 der zweiten Bohrung 44 einen Schnittpunkt 53 ausbildet, wobei alle drei Achsen 47, 49, 51 durch diesen gemeinsamen Schnittpunkt 53 verlaufen. Dabei verläuft die erste Längsachse 49 in einem Winkel a zur Bezugsachse 47 und/oder die zweite Längsache 51 verläuft in einem Winkel a zur Bezugsachse 47. Dabei bildet der Winkel a einen Wert zwischen 2° und 40° aus. Fig. 2 zeigt, dass das Gehäuse 3 die erste Bohrung 42 und die zweite Bohrung 44 aufweist, insbesondere im Gehäuse-Unterteil 8, wobei das erste Heizelement 18 in der ersten Bohrung 42 und sich das zweite Heizelement 20 in der zweiten Bohrung 44 befindet. Auf diese Weise kann eine schnelle und kostengünstige Montage ermöglicht werden, wobei sich das jeweilige Heizelement 18, 20 direkt am jeweilige Seitenkanal 19, 21 platzieren lässt. Dabei wird das jeweilige Heizelement 18, 20 entweder mittels mindestens eines Kabels mit einer Energiequelle versorgt und kann somit während der Kaltstartprozedur bestromt werden. In einer alternativen Ausführungsform kann das jeweilige Heizelement 18, 20 jedoch auch induktiv mit Energie, insbesondere Heizenergie, versorgt werden, wodurch eine Verkabelung entfallen kann und somit die Ausfallwahrscheinlichkeit des Seitenkanalverdichters 1 aufgrund einer beschädigten Verkabelung reduziert werden kann. Zudem kann sich jeweils eine wärmeleitende Hülse 32, 34 in der jeweiligen Bohrung 42, 44, in die das jeweilige Heizelement 18, 20 eingeschoben wird, befindet, wobei die jeweilige Hülse 32, 34 das jeweilige Heizelement 18, 20 zumindest nahezu vollständig umschließt und/oder wobei die jeweilige Hülse 32, 34 zumindest nahezu vollständig entlang einer ersten oder zweiten Längsachse 49, 51 verläuft. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass das mindestens eine Heizelement 18, 20 eine größtmögliche Überdeckung, insbesondere in einer Draufsicht in Richtung der Drehachse 4, mit dem jeweiligen Seitenkanal 19, 21, erzielt werden kann. Somit kann ein schnelles Erwärmen der Seitenkanäle 19, 21 mittels des mindestens einen Heizelements 18, 20 und somit eine schnelle Beseitigung der Eisbrücken bei einem Kaltstart erzielt werden, wodurch die Kaltstartfähigkeiten des Seitenkanalverdichters 1 und somit des Gesamtfahrzeugs verbessert werden.
In Fig. 3 ist einer Draufsicht der Seitenkanalverdichter 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Dabei wird ein mindestens Heizelement 18, 20 eingesetzt, wobei das Heizelement 18, 20 als eine Heizpatrone 18, 20 zylindrisch ausgeführt ist und zumindest nahezu vollständig entlang einer Kreisbahn 22 verläuft. Dabei verläuft die Kreisbahn 22 umlaufend um die Drehachse 4 und weist einen zumindest nahezu identischen Durchmesser zum umlaufend um die Drehachse 4 verlaufenden mindestens einen Seitenkanal 19, 21 auf. Dabei verläuft das Heizelement 18, 20 und/oder die jeweilige Bohrung 42, 44 in einem zumindest nahezu identischen Durchmesser um die Drehachse 4 wie der jeweilige Sei- tenkanal 19, 21. Dabei ist das jeweilige Heizelement 18, 20, welches einen bogenförmigen Verlauf entlang der um die Drehachse 4 verlaufenden Kreisbahn 22 beschreibt, in die jeweilige bogenförmig entlang der Kreisbahn 22 verlaufenden jeweiligen Bohrung 42, 44 eingeschoben. Dabei kann die jeweilige Bohrung 42, 44 einen konischen Verlauf aufweisen, der sich mit zunehmender Einschubtiefe wieder verjüngt, wodurch einen schnelle Montage erzielt werden kann.
In Fig. 3 ist gezeigt, dass die Bezugsachse 47 derart orthogonal zur Drehachse 4 verläuft, dass diese zwei Schnittpunkte mit der Kreisbahn 22 ausbildet und zumindest durch den Unterbrecher-Bereich 15 verläuft, in dem kein jeweiliger Seitenkanal 19, 21 ausgebildet ist. Der bogenförmige Verlauf des jeweiligen Heizelements 18, 20 bewirkt eine größtmögliche Überdeckung des jeweiligen Heizelements 18, 20 mit dem jeweiligen Seitenkanal 19, 21, insbesondere in Richtung der Drehachse 4 betrachtet, wodurch sich zum einen ein schnellstmöglicher Transfer der Heizenergie vom Heizelement 18, 20 auf die zu eliminierende Eisbrücke im Bereich des jeweiligen Seitenkanals 19, 21 und oder des Verdichter- rads 2 erfolgen kann. Zudem kann auf diese Weise der Bereich und das Volumen des Seitenkanalverdichters 1, der aufgeheizt wird, begrenzt werden, da sich das jeweilige Heizelement 18, 20 möglichst nah an der zu eliminierenden Eisbrücke befindet, so dass weniger Heizenergie durch unnötiges Aufheizen von Bereichen und/oder Volumen des Seitenkanalverdichters 1 aufgewendet wird, die nicht zur Eliminierung der Eisbrücken beitragen. Somit kann der Energieverbrauch der Heizelemente 18, 20 bei einer Kaltstartprozedur reduziert werden, wodurch der Wirkungsgrad des gesamten Seitenkanalverdichters 1 verbessert werden kann.

Claims

Ansprüche
1. 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, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens ein Heizelement (18, 20) im Gehäuse (3), insbesondere im Gehäuse-Unterteil (8), befindet, wobei das mindestens eine Heizelement (18, 20) zumindest nahezu vollständig im Gehäuse (3) integriert ist, wobei insbesondere das mindestens eine Heizelement (18, 20) als eine Heizpatrone (18, 20) ausgeführt ist.
2. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das mindestens Heizelement (18, 20) in mindestens einer Bohrung (42, 44) im Gehäuse (3) befindet.
3. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Heizelement (18, 20) zylindrisch ausgeführt ist und zumindest nahezu vollständig entlang einer ersten oder zweiten Längsachse (49, 51) verläuft. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Heizelement (18, 20) zylindrisch ausgeführt ist und zumindest nahezu vollständig entlang einer Kreisbahn (22) verläuft, wobei die Kreisbahn (22) umlaufend um die Drehachse (4) verläuft und einen zumindest nahezu identischen Durchmesser zum umlaufend um die Drehachse (4) verlaufenden mindestens einen Seitenkanal (19, 21) aufweist. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) eine erste Bohrung (42) und eine zweite Bohrung (44) aufweist, insbesondere im Gehäuse-Unterteil (8), wobei das erste Heizelement (18) in der ersten Bohrung (42) und sich das zweite Heizelement (20) in der zweiten Bohrung (44) befindet. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich jeweils eine wärmeleitende Hülse (32, 34) in der jeweiligen Bohrung (42, 44), in die das jeweilige Heizelement (18, 20) eingeschoben wird, befindet, wobei die jeweilige Hülse (32, 34) das jeweilige Heizelement (18, 20) zumindest nahezu vollständig umschließt und/oder wobei die jeweilige Hülse (32, 34) zumindest nahezu vollständig entlang einer ersten oder zweiten Längsachse (49, 51) verläuft.
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