WO2022063484A1 - Seitenkanalverdichter für ein brennstoffzellensystem, brennstoffzellensystem sowie verwendung eines seitenkanalverdichters - Google Patents

Seitenkanalverdichter für ein brennstoffzellensystem, brennstoffzellensystem sowie verwendung eines seitenkanalverdichters Download PDF

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cell system
stator
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Armin Merz
Alexander Hero
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02T90/40Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a side channel compressor for a fuel cell system according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a fuel cell system with a side channel compressor according to the invention and a preferred use of a side channel compressor according to the invention.
  • Hydrogen-based fuel cells use hydrogen and oxygen to generate power.
  • the energy generated with the help of the fuel cells can be used to drive a vehicle, for example.
  • the vehicle is equipped with a fuel cell system that includes a tank for storing hydrogen.
  • the oxygen that is also required can be taken from the ambient air.
  • a fuel cell system generally has a multiplicity of fuel cells in a stacked arrangement, that is to say a fuel cell stack or a “stack”.
  • the hydrogen is fed to an anode of the stack via an anode path.
  • anode exhaust gas that is leaving the stack and still contains unused hydrogen is recirculated via a recirculation path.
  • Fresh hydrogen from the tank is added to the recirculated anode exhaust gas to ensure a sufficient supply of hydrogen.
  • the recirculation can be effected passively, for example with the aid of an ejector pump, and/or actively with the aid of a recirculation fan arranged in the recirculation path.
  • a side channel blower is usually used as a recirculation blower.
  • a side channel compressor includes a rotating impeller for conveying and/or compressing a fluid.
  • a rotating impeller for conveying and/or compressing a fluid.
  • a star wheel compressor for conveying and/or compressing a fluid.
  • a peripheral compressor for conveying and/or compressing a fluid.
  • the fluid to be conveyed and/or to be compressed is fed via an inlet connection to a working space in which the rotating impeller is accommodated.
  • the kinetic energy is transferred to the fluid via the impeller and converted into pressure energy, so that in the area of an outlet connection of the side channel compressor the pressure is higher than the pressure in the inlet connection.
  • the impeller is usually driven by an electric motor.
  • the object of the present invention is to make a side channel compressor simpler and at the same time more robust.
  • the space requirement of a side channel compressor should be reduced.
  • the side channel compressor with the features of claim 1 is proposed.
  • Advantageous developments of the invention can be found in the dependent claims.
  • a fuel cell system with a side channel compressor according to the invention and a preferred use of a side channel compressor according to the invention are proposed.
  • the proposed side channel compressor for a fuel cell system for conveying and/or compressing a gaseous medium, in particular hydrogen or a gas containing hydrogen comprises a housing in which an electric motor with a stator and a rotor for driving an impeller connected to the rotor are accommodated.
  • the electric motor is an axial or radial flux machine with permanent magnets that are arranged on or in the stator.
  • the design of the electric motor as an axial or radial flow machine enables a compact design, so that space is saved.
  • Installing the permanent magnets on or in the stator can simplify the rotor.
  • the mechanical stress on the permanent magnets is reduced, since no centrifugal forces are acting on them - in contrast to the arrangement on or in the rotor.
  • the electric motor is a flux reversal PM electric motor, specifically in the form of an axial or radial flux machine.
  • a flux reversal PM electric motor designed as an axial flux machine is particularly preferably used, since this has a shortened axial length.
  • the axial flow machine has a high level of efficiency due to an achievable high torque or power density.
  • the permanent magnets are preferably arranged in the area of a front or rear end face of the stator.
  • the arrangement can then be made in the form of a ring analogous to the otherwise usual arrangement on the rotor.
  • the permanent magnets can also be integrated into the stator.
  • the permanent magnets can be integrated into teeth of the stator that carry windings.
  • the permanent magnets are advantageously designed in the form of segments.
  • the shape of the permanent magnets is adapted to the shape of the teeth of the stator, which are generally segmented in plan view.
  • the permanent magnets can thus be arranged on the teeth or integrated into the teeth in a simple manner.
  • stator including the permanent magnets
  • the stator is preferably accommodated in an area of the housing which is separate from an area carrying the gaseous medium.
  • the load on the permanent magnets can be further reduced since they are no longer exposed to the gaseous medium.
  • no di-water or hydrogen resistance requirements need to be met when the side blower is used in a fuel cell system for conveying and/or compressing hydrogen or a hydrogen-containing gas.
  • the area accommodating the stator is preferably separated from the area carrying the gaseous medium by a cover part inserted into the housing.
  • the cover part is easy to assemble and can be provided with a circumferential seal, so that the area accommodating the stator is closed media-tight.
  • the cover part is preferably made of plastic, that is to say of a non-magnetizable material.
  • stator including the permanent magnets
  • the rotor including the impeller
  • the housing facilitates the assembly of the side compressor, in particular the insertion of the cover part, in order to separate the area in which the stator including the permanent magnets is accommodated from the area carrying the gaseous medium.
  • a fuel cell system with a side channel compressor according to the invention is proposed.
  • the side channel compressor is arranged in a recirculation path of the fuel cell system for conveying and/or compressing anode waste gas of a fuel cell stack of the fuel cell system.
  • the advantages of the side channel compressor according to the invention also come into play in the fuel cell system. In particular, the installation space requirements can be reduced and the robustness of the fuel cell system can be increased by using the side channel compressor according to the invention.
  • the side channel compressor according to the invention is preferably used in a fuel cell system in a recirculation path for conveying and/or compressing anode waste gas
  • the use of a side channel compressor according to the invention as a recirculation fan in a fuel cell system is also proposed.
  • FIG. 2 shows a perspective view of the stator of the side channel compressor of FIG. 1,
  • Fig. 3 is a perspective view of the rotor of the side channel compressor of Fig. 1 and
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a fuel cell system in a vehicle.
  • the illustrated side channel compressor 1 shows a side channel compressor 1 according to the invention, which is designed as an axial flow machine.
  • the illustrated side channel compressor 1 can be used, for example, as a recirculation fan in a fuel cell system 2 . It comprises a multi-part housing 3 with a first housing part 3.1, in which a stator 4 is accommodated, and a second housing part 3.2, in which a rotor 5 with an impeller 6 is accommodated.
  • the impeller 6 is firmly connected to a hub 16 of the rotor 5 (see FIG. 3), so that the rotor 5 carries the impeller 6 with it when it rotates.
  • the stator 4 has a stator yoke 17 and teeth 10 carrying windings 9, which are arranged at equal angular distances from one another (see FIG. 2).
  • the teeth 10 form an end face 8 of the stator 4, on which segment-shaped permanent magnets 7 are arranged in the present case. With the help of the permanent magnets 7, the rotor 5 can be driven in a rotational movement.
  • the permanent magnets 7 can also be arranged on a rear end face of the stator 4 or can be integrated into the teeth 10 of the stator 4.
  • FIG. 4 shows an example of a fuel cell system 2 of a vehicle in which the side channel compressor 1 according to the invention can be used.
  • the fuel cell system 2 shown has a fuel cell stack 15 to which air is supplied as an oxygen supplier via a cathode path 18 .
  • the air is taken from the environment and compressed with the aid of a compressor 19 arranged in the cathode path 18 .
  • Air exiting the fuel cell stack 15 is fed to an exhaust gas turbine 20 for energy recovery. Water contained in the exhaust gas is separated beforehand and used in a humidifying device 21 for humidifying the compressed air.
  • a shut-off valve 22 is arranged in the cathode path 18 .
  • the fuel cell system 2 shown also has an anode path 23 via which the fuel cell stack 15 can be supplied with hydrogen from a tank system comprising a plurality of compressed gas containers 24 .
  • Anode exhaust gas exiting from the fuel cell stack 15 is mixed with the hydrogen beforehand and is recirculated for this purpose via a recirculation path 14 .
  • the recirculation is effected both passively with the aid of an ejector pump 25 arranged in the anode path 23 and actively with the aid of a side channel compressor 1 arranged in the recirculation path 14 .
  • This is preferably designed according to the invention.
  • a further shut-off valve 26 is also arranged in the anode path 23 to interrupt the supply of hydrogen.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Seitenkanalverdichter (1) für ein Brennstoffzellensystem (2) zum Fördern und/oder Verdichten eines gasförmigen Mediums, insbesondere von Wasserstoff oder einem Wasserstoff enthaltenden Gas, umfassend ein Gehäuse (3), in dem ein Elektromotor mit einem Stator (4) und einem Rotor (5) zum Antreiben eines mit dem Rotor (5) verbundenen Laufrads (6) aufgenommen sind. Erfindungsgemäß ist der Elektromotor eine Axial- oder Radialflussmaschine mit Permanentmagneten (7), die am oder im Stator (4) angeordnet sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Brennstoffzellensystem (2) mit einem erfindungsgemäßen Seitenkanalverdichter (1) sowie die Verwendung eines erfindungsgemäßen Seitenkanalverdichters (1) als Rezirkulationsgebläse in einem Brennstoffzellensystem (2).

Description

Beschreibung
Titel:
Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem, Brennstoffzellensystem sowie Verwendung eines Seitenkanalverdichters
Die Erfindung betrifft einen Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit einem erfindungsgemäßen Seitenkanalverdichter sowie eine bevorzugte Verwendung eines erfindungsgemäßen Seitenkanalverdichters.
Stand der Technik
Wasserstoffbasierte Brennstoffzellen verwenden Wasserstoff und Sauerstoff zur Energieerzeugung. Die mit Hilfe der Brennstoffzellen erzeugte Energie kann beispielsweise zum Antreiben eines Fahrzeugs genutzt werden. Das Fahrzeug wird hierzu mit einem Brennstoffzellensystem ausgestattet, das einen Tank zum Bevorraten von Wasserstoff umfasst. Der ferner benötigte Sauerstoff kann der Umgebungsluft entnommen werden.
Ein Brennstoffzellensystem weist zur Leistungssteigerung in der Regel eine Vielzahl von Brennstoffzellen in gestapelter Anordnung, das heißt einen Brennstoffzellenstapel bzw. ein „Stack“ auf. Der Wasserstoff wird über einen Anodenpfad einer Anode des Stacks zugeführt. Um den Wasserstoffverbrauch zu senken, wird aus dem Stack austretendes Anodenabgas, das noch unverbrauchten Wasserstoff enthält, über einen Rezirkulationspfad rezirkuliert. Zur Sicherstellung einer ausreichenden Wasserstoffversorgung wird dem rezirkulierten Anodenabgas frischer Wasserstoff aus dem Tank beigemischt. Die Rezirkulation kann passiv, beispielsweise mit Hilfe einer Saugstrahlpumpe, und/oder aktiv mit Hilfe eines im Rezirkulationspfad angeordneten Rezirkulationsgebläses bewirkt werden. Als Rezirkulationsgebläse kommt in der Regel ein Seitenkanalverdichter zum Einsatz.
Ein Seitenkanalverdichter umfasst zum Fördern und/oder Verdichten eines Fluids ein rotierendes Laufrad. In Abhängigkeit von der Ausgestaltung des Laufrads und/oder der Fluidführung durch den Seitenkanalverdichter kann zwischen einem Sternradverdichter oder einem Peripheralverdichter unterschieden werden. Bei beiden wird das zu fördernde und/oder zu verdichtende Fluid wird über einen Zulaufstutzen einem Arbeitsraum zugeführt, in dem das rotierende Laufrad aufgenommen ist. Über das Laufrad wird die Bewegungsenergie auf das Fluid übertragen und in Druckenergie gewandelt, so dass im Bereich eines Ablaufstutzens des Seitenkanalverdichters der Druck gegenüber dem Druck im Zulaufstutzen erhöht ist. Der Antrieb des Laufrads erfolgt in der Regel elektromotorisch.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Seitenkanalverdichter einfacher und zugleich robuster zu gestalten. Insbesondere soll der Bauraumbedarf eines Seitenkanalverdichters gesenkt werden.
Zur Lösung der Aufgabe wird der Seitenkanalverdichter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner werden ein Brennstoffzellensystem mit einem erfindungsgemäßen Seitenkanalverdichter sowie eine bevorzugte Verwendung eines erfindungsgemäßen Seitenkanalverdichters vorgeschlagen.
Offenbarung der Erfindung
Der vorgeschlagene Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem zum Fördern und/oder Verdichten eines gasförmigen Mediums, insbesondere von Wasserstoff oder einem Wasserstoff enthaltenden Gas, umfasst ein Gehäuse, in dem ein Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor zum Antreiben eines mit dem Rotor verbundenen Laufrads aufgenommen sind. Erfindungsgemäß ist der Elektromotor eine Axial- oder Radialflussmaschine mit Permanentmagneten, die am oder im Stator angeordnet sind.
Die Ausführung des Elektromotors als Axial- oder Radialflussmaschine ermöglicht eine kompakte Bauweise, so dass Bauraum eingespart wird. Durch den Verbau der Permanentmagnete am oder im Stator kann der Rotor vereinfacht werden. Zugleich wird die mechanische Belastung der Permanentmagnete gesenkt, da auf diese - im Unterschied zur Anordnung am oder im Rotor - keinerlei Fliehkräfte mehr wirken.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Elektromotor ein Flux-Reversal-PM-Elektromotor, und zwar in der Ausführung als Axial- oder Radialflussmaschine. Besonders bevorzugt wird ein Flux-Reversal-PM- Elektromotor in der Ausführung als Axialflussmaschine eingesetzt, da diese eine verkürzte axiale Länge aufweist. Zugleich besitzt die Axialflussmaschine eine hohe Effizienz aufgrund einer erzielbar hohen Drehmoment- bzw. Leistungsdichte.
In der bevorzugten Ausgestaltung als Axialflussmaschine sind vorzugsweise die Permanentmagnete im Bereich einer vorder- oder rückseitigen Stirnfläche des Stators angeordnet. Die Anordnung kann dann ringförmig anlog der sonst üblichen Anordnung am Rotor vorgenommen werden.
Anstelle einer Anordnung am Stator können die Permanentmagnete auch in den Stator integriert sein. Beispielsweise können die Permanentmagnete in Wicklungen tragende Zähne des Stators integriert sein. Durch die Integration der Permanentmagnete kann der Bauraumbedarf des Seitenkanalverdichters weiter gesenkt werden.
Vorteilhafterweise sind die Permanentmagnete segmentförmig ausgestaltet. Insbesondere ist die Form der Permanentmagnete an die Form der Zähne des Stators angepasst, die in der Regel in der Draufsicht segmentförmig ausgebildet sind. Die Permanentmagnete können somit in einfacher Weise auf den Zähnen angeordnet oder in die Zähne integriert werden.
Des Weiteren bevorzugt ist der Stator einschließlich der Permanentmagnete in einem Bereich des Gehäuses aufgenommen, der von einem das gasförmige Medium führenden Bereich getrennt ist. Auf diese Weise kann die Belastung der Permanentmagnete weiter gesenkt werden, da sie nicht mehr dem gasförmigen Medium ausgesetzt sind. Insbesondere müssen keine Anforderungen an die Di- Wasser oder Wasserstoffbeständigkeit erfüllt werden, wenn der Seitenverdichter in einem Brennstoffzellensystem zum Fördern und/oder Verdichten von Wasserstoff oder einem wasserstoffhaltigen Gas eingesetzt wird.
Bevorzugt ist der den Stator aufnehmende Bereich von dem das gasförmige Medium führenden Bereich durch ein in das Gehäuse eingesetztes Deckelteil getrennt. Das Deckelteil ist einfach zu montieren und kann mit einer umlaufenden Dichtung versehen werden, so dass der den Stator aufnehmende Bereich mediendicht abgeschlossen ist. Das Deckelteil ist vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt, das heißt aus einem nicht magnetisierbaren Material.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der Stator einschließlich der Permanentmagnete in einem ersten Gehäuseteil des Gehäuses und der Rotor einschließlich des Laufrads in einem zweiten Gehäuseteil des Gehäuses aufgenommen sind. Die mehrteilige Ausbildung des Gehäuses erleichtert die Montage des Seitenverdichters, insbesondere das Einsetzen des Deckelteils, um den Bereich, in dem der Stator einschließlich der Permanentmagnete aufgenommen ist, von dem das gasförmige Medium führenden Bereich zu trennen.
Darüber hinaus wird ein Brennstoffzellensystem mit einem erfindungsgemäßen Seitenkanalverdichter vorgeschlagen. Der Seitenkanalverdichter ist dabei in einem Rezirkulationspfad des Brennstoffzellensystems zum Fördern und/oder Verdichten von Anodenabgas eines Brennstoffzellenstapels des Brennstoffzellensystems angeordnet. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Seitenkanalverdichters kommen auch in dem Brennstoffzellensystem zum Tragen. Insbesondere können durch Einsatz des erfindungsgemäßen Seitenkanalverdichters der Bauraumbedarf gesenkt und die Robustheit des Brennstoffzellensystems gesteigert werden.
Da in einem Brennstoffzellensystem der erfindungsgemäße Seitenkanalverdichter vorzugsweise in einem Rezirkulationspfad zum Fördern und/oder Verdichten von Anodenabgas eingesetzt wird, wird ferner die Verwendung eines erfindungsgemäßen Seitenkanalverdichters als Rezirkulationsgebläse in einem Brennstoffzellensystem vorgeschlagen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen: Fig. 1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Seitenkanalverdichters,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Stators des Seitenkanalverdichters der Fig. 1,
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des Rotors des Seitenkanalverdichters der Fig. 1 und
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems in einem Fahrzeug.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Seitenkanalverdichter 1 dargestellt, der als Axialflussmaschine ausgeführt ist. Der dargestellte Seitenkanalverdichter 1 ist beispielsweise als Rezirkulationsgebläse in einem Brennstoffzellensystem 2 einsetzbar. Er umfasst ein mehrteilig ausgeführtes Gehäuse 3 mit einem ersten Gehäuseteil 3.1, in dem ein Stator 4 aufgenommen ist, und einem zweiten Gehäuseteil 3.2, in dem ein Rotor 5 mit einem Laufrad 6 aufgenommen ist.
Das Laufrad 6 ist fest mit einer Nabe 16 des Rotors 5 verbunden (siehe Fig. 3), so dass der Rotor 5 bei einer Drehbewegung das Laufrad 6 mitführt. Der Stator 4 weist ein Statorjoch 17 sowie Wicklungen 9 tragende Zähne 10 auf, die in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet sind (siehe Fig. 2). Die Zähne 10 bilden eine Stirnfläche 8 des Stators 4 aus, auf der vorliegend segmentförmige Permanentmagnete 7 angeordnet sind. Mit Hilfe der Permanentmagnete 7 ist der Rotor 5 in einer Drehbewegung antreibbar.
Abweichend von den Darstellungen der Figuren 1 und 2 können die Permanentmagnete 7 auch auf einer rückseitigen Stirnfläche des Stators 4 angeordnet oder in die Zähne 10 des Stators 4 integriert werden.
Der Fig. 4 ist beispielhaft ein Brennstoffzellensystem 2 eines Fahrzeugs zu entnehmen, in welches der erfindungsgemäße Seitenkanalverdichter 1 zum Einsatz gelangen kann. Das dargestellte Brennstoffzellensystem 2 weist einen Brennstoffzellenstapel 15 auf, dem über einen Kathodenpfad 18 Luft als Sauerstofflieferant zugeführt wird. Die Luft wird der Umgebung entnommen und mit Hilfe eines im Kathodenpfad 18 angeordneten Verdichters 19 verdichtet. Aus dem Brennstoffzellenstapel 15 austretende Luft wird einer Abgasturbine 20 zur Energierückgewinnung zugeführt. Zuvor wird im Abgas enthaltenes Wasser abgeschieden und in einer Befeuchtungseinrichtung 21 zum Befeuchten der verdichteten Luft genutzt. Um im Abstellfall die Luftzufuhr zum Brennstoffzellenstapel 15 zu unterbrechen, ist im Kathodenpfad 18 ein Absperrventil 22 angeordnet.
Das dargestellte Brennstoffzellensystem 2 weist ferner einen Anodenpfad 23 auf, über den der Brennstoffzellenstapel 15 mit Wasserstoff aus einem mehrere Druckgasbehälter 24 umfassenden Tanksystem versorgbar ist. Dem Wasserstoff wird zuvor aus dem Brennstoffzellenstapel 15 austretendes Anodenabgas beigemischt, das hierzu über einen Rezirkulationspfad 14 rezirkuliert wird. Die Re- zirkulation wird vorliegend sowohl passiv mit Hilfe einer im Anodenpfad 23 angeordneten Saugstrahlpumpe 25, als auch aktiv mit Hilfe eines im Rezirkulationspfad 14 angeordneten Seitenkanalverdichters 1 bewirkt. Dieser ist vorzugsweise erfindungsgemäß ausgebildet. Zum Unterbrechen der Wasserstoffzufuhr ist zudem im Anodenpfad 23 ein weiteres Absperrventil 26 angeordnet.

Claims

- 7 - Ansprüche
1. Seitenkanalverdichter (1) für ein Brennstoffzellensystem (2) zum Fördern und/oder Verdichten eines gasförmigen Mediums, insbesondere von Wasserstoff oder einem Wasserstoff enthaltenden Gas, umfassend ein Gehäuse (3), in dem ein Elektromotor mit einem Stator (4) und einem Rotor (5) zum Antreiben eines mit dem Rotor (5) verbundenen Laufrads (6) aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor eine Axial- oder Radialflussmaschine mit Permanentmagneten (7) ist, die am oder im Stator (4) angeordnet sind.
2. Seitenkanalverdichter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor ein Flux-Reversal-PM- Elektromotor ist.
3. Seitenkanalverdichter (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (7) im Bereich einer vorder- oder rückseitigen Stirnfläche (8) des Stators (4) angeordnet sind.
4. Seitenkanalverdichter (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (7) in Wicklungen (9) tragende Zähne (10) des Stators (4) integriert sind.
5. Seitenkanalverdichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (7) segmentförmig ausgestaltet sind.
6. Seitenkanalverdichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (4) einschließlich der Permanentmagnete (7) in einem Bereich (11) des Gehäuses (3) aufgenommen ist, der von einem das gasförmige Medium führenden Bereich (12) getrennt ist. - 8 -
7. Seitenkanalverdichter (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der den Stator (4) aufnehmende Bereich (11) von dem das gasförmige Medium führenden Bereich (12) durch ein in das Gehäuse (3) eingesetztes Deckelteil (13) getrennt ist, das vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt ist.
8. Seitenkanalverdichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (4) einschließlich der Permanentmagnete (7) in einem ersten Gehäuseteil (3.1) des Gehäuses (3) und der Rotor (5) einschließlich des Laufrads (6) in einem zweiten Gehäuseteil (3.2) des Gehäuses (3) aufgenommen sind.
9. Brennstoffzellensystem (2) mit einem Seitenkanalverdichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Seitenkanalverdichter (1) in einem Rezirkulationspfad (14) des Brennstoffzellensystems (2) zum Fördern und/oder Verdichten von Anodenabgas eines Brennstoffzellenstapels (15) des Brennstoffzellensystems (2) angeordnet ist.
10. Verwendung eines Seitenkanalverdichters (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 als Rezirkulationsgebläse in einem Brennstoffzellensystem (2).
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022207715A1 (de) 2022-07-27 2024-02-01 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Magnetrotoreinrichtung für einen Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem, Seitenkanalverdichter und Verfahren zum Herstellen einer Magnetrotoreinrichtung für einen Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011003792A1 (de) * 2011-02-08 2012-08-09 Robert Bosch Gmbh Stator einer elektrischen Maschine
US10230321B1 (en) * 2017-10-23 2019-03-12 General Electric Company System and method for preventing permanent magnet demagnetization in electrical machines
DE102017129477A1 (de) * 2017-12-11 2019-06-13 Minebea Mitsumi Inc. Strömungsoptimierter Seitenkanalverdichter und entsprechendes Schaufelrad
DE102018204713A1 (de) * 2018-03-28 2019-10-02 Robert Bosch Gmbh Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem zur Förderung und/oder Verdichtung von einem gasförmigen Medium

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5581890B2 (ja) 2010-08-20 2014-09-03 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム、および、燃料電池システムの制御方法
DE102013209200A1 (de) 2012-05-18 2013-11-21 Honda Motor Co., Ltd. Brennstoffzellensystem

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011003792A1 (de) * 2011-02-08 2012-08-09 Robert Bosch Gmbh Stator einer elektrischen Maschine
US10230321B1 (en) * 2017-10-23 2019-03-12 General Electric Company System and method for preventing permanent magnet demagnetization in electrical machines
DE102017129477A1 (de) * 2017-12-11 2019-06-13 Minebea Mitsumi Inc. Strömungsoptimierter Seitenkanalverdichter und entsprechendes Schaufelrad
DE102018204713A1 (de) * 2018-03-28 2019-10-02 Robert Bosch Gmbh Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem zur Förderung und/oder Verdichtung von einem gasförmigen Medium

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