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1. WO2020126224 - SEITENKANALVERDICHTER FÜR EIN BRENNSTOFFZELLENSYSTEM ZUR FÖRDERUNG UND/ODER VERDICHTUNG EINES GASFÖRMIGEN MEDIUMS

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ DE ]

Beschreibung

Titel

Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem zur Förderung und/oder

Verdichtung eines gasförmigen Medium

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Seitenkanalverdichter für ein Brennstoff zellensystem zur Förderung und/oder Verdichtung eines gasförmigen Medium, insbesondere Wasserstoff, das insbesondere zur Anwendung in Fahrzeugen 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 leitungssystem an eine Ejektoreinheit geleitet. Diese Ejektoreinheit führt das Gas über eine Verbindungsleitung eines Niederdruckleitungssystems zu einer Brenn stoffzelle. Nachdem das Gas durch eine Brennstoffzelle geströmt ist wird es über eine Rückführleitung zurück zur Ejektoreinheit geführt. Dabei kann der Seitenka nalverdichter zwischengeschaltet werden, der die Gasrückführung strömungs technisch und effizienztechnisch unterstützt. Zudem werden Seitenkanalverdich ter zur Unterstützung des Strömungsaufbaus im Brennstoffzellenantrieb einge setzt, 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.

Aus der DE 10 2015 000 264 Al ist ein Seitenkanalverdichter für ein Brennstoff zellensystem bekannt, bei dem ein gasförmiges Medium, insbesondere Wasser stoff, gefördert und/oder verdichtet wird. Der Seitenkanalverdichter weist dabei ein Gehäuse und einen Antrieb auf, wobei das Gehäuse ein Gehäuse-Oberteil

und ein Gehäuse-Unterteil aufweist. Des Weiteren ist in dem Gehäuse ein um laufend um eine Drehachse verlaufender Verdichterraum angeordnet, der min destens 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 10 2015 000 264 Al bekannte Seitenkanalverdichter jeweils eine am Ge häuse ausgebildete Gas- Einlassöffnung und eine Gas- Auslassöffnung auf, die über den Verdichterraum, insbesondere den mindestens einen Seitenkanal, flui-disch miteinander verbunden sind.

Der aus der DE 10 2015 000 264 Al bekannte Seitenkanalverdichter kann ge wisse Nachteile aufweisen.

Bei einem Stillstand des Seitenkanalverdichters und/oder des Verdichterrads auf grund eines Defektes und/oder einer Beschädigung des Seitenkanalverdichters muss das durch das Brennstoffzellensystems, insbesondere einen Anodenkreis lauf, zu fördernde gasförmige Medium den Seitenkanalverdichter komplett durch den mindestens einen umlaufenden Seitenkanal durchströmen. Der Stillstand des Seitenkanalverdichters und/oder des Verdichterrads kann alternativ dadurch begründet sein, dass sich das Brennstoffzellensystem in einem Betriebszustand befindet, in der der Seitenkanalverdichter bewusst ausgeschaltet wird, um eine verbesserte Förderrate über die anderen Komponenten, wie beispielsweise eine Strahlpumpe sicherzustellen. Dabei kann der Seitenkanalverdichter im abge schalteten Zustand einen Strömungswiderstand ausbilden, zum einen aufgrund der geometrischen Ausformung des mindestens einen Seitenkanals und zum an deren aufgrund der Geometrie des Verdichterrads im Verdichterraum, insbeson dere aufgrund einer Schaufelblatt-Geometrie des Verdichterrads. Da somit das gasförmige Medium in dem Fall den gesamten mindestens einen Seitenkanal des Seitenkanalverdichters in einer ersten Strömungsrichtung beim stillstehen den Verdichterrad durchströmen muss, bildet der Seitenkanalverdichter einen Strömungswiderstand im Brennstoffzellensystem aus, wodurch sich der Wir kungsgrad und/oder die Förderrate des gesamten Brennstoffzellensystems ver schlechtert.

Offenbarung der Erfindung

Vorteile der Erfindung

Erfindungsgemäß wird ein Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem zur Förderung und/oder Verdichtung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, vorgeschlagen, mit einem Gehäuse und einem Antrieb, mit einem in dem Gehäuse umlaufend um eine Drehachse verlaufenden Verdichterraum, der mindestens einen umlaufenden Seitenkanal aufweist. Der Seitenkanalverdichter weist ein in dem Gehäuse befindlichen Verdichterrad auf, 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. Darüber hinaus sind am Gehäuse eine Gas- Einlassöff nung und eine Gas-Auslassöffnung ausgebildet, die über den Verdichterraum, insbesondere den mindestens einen Seitenkanal, fluidisch miteinander verbun den sind. Der mindestens eine Seitenkanal weist einen Unterbrecher-Bereich auf, wobei zwischen dem Gehäuse und dem Verdichterrad im Unterbrecher-Be reich mindestens ein Trennungsbereich mittels mindestens einer Flächenpaa rung ausgebildet ist, der den jeweiligen Seitenkanal fluidisch unterbricht.

Bezugnehmend auf Anspruch 1 ist der Seitenkanalverdichter derart ausgebildet, dass eine weitere Strömungsverbindung, insbesondere eine By-Pass-Strö-mungsverbindung, zwischen der Gas- Einlassöffnung und der Gas-Auslassöff-nung zumindest zeitweise und/oder betriebszustands-abhängig und/oder steuer bar vom Seitenkanalverdichter hergestellt wird, wobei diese By-Pass-Strömungs-verbindung durch ein Bewegen mindestens eines, insbesondere nierenförmigen, Stell- Element hergestellt wird, wobei dieses im Unterbrecher-Bereich zwischen dem Verdichterrad und dem Gehäuse angeordnet ist. Auf diese Weise lässt sich eine verbesserte Durchströmung aufgrund eines geringeren Strömungswider stands durch den Seitenkanalverdichter beim Stillstand und/oder Ausfall des Ver-dichterrads und/oder Seitenkanalverdichters erzielen, wobei in diesem Fall die By-Pass-Strömungsverbindung geöffnet wird, wodurch der Seitenkanalverdichter einen verringerten Strömungswiderstand, insbesondere eine Drosselung der Strömung, in dem Brennstoffzellensystem ausbildet. Dadurch lässt sich der Vor teil erzielen, dass sich der Wirkungsgrad und/oder die Förderrate des gesamten Brennstoffzellensystems verbessern lässt, insbesondere bei einem Ausfall des Verdichterrads und/oder des Seitenkanalverdichters. Da die weitere Strömungs verbindung, insbesondere die By-Pass Strömungsverbindung, zeitweise und/o der betriebszustandsabhängig hergestellt werden kann, lässt sich eine optimale Einbindung des Seitenkanalverdichters in das Brennstoffzellensystem unabhän gig vom eingeschalteten oder ausgeschalteten Zustand und/oder dem Betriebs zustand der Brennstoffzelle erzielen. Dabei kann beispielsweise der Seitenkanal verdichter bei einem bestimmten Betriebszustand des Brennstoffzellensystems abgeschaltet werden, insbesondere, wenn das gasförmige Medium nur mittels einer Strahlpumpe durch das Brennstoffzellensystem, insbesondere einen Ano denkreislauf, gefördert wird, während die By-Pass Strömungsverbindung geöffnet wird, so dass der stillstehende Seitenkanalverdichter keinen Strömungswider stand im Brennstoffzellensystem ausbildet. Bei einem weiteren Betriebszustand kann der Seitenkanalverdichter zugeschaltet werden, insbesondere wenn ein ho hes Fördervolumen im Brennstoffzellensystem erzielt werden soll. In dem Fall wird die By-Pass-Strömungsverbindung geschlossen, so dass das gasförmige Medium mittels der Schaufelblätter des Verdichterrads durch die Seitenkanäle des Verdichterraums in einer ersten Strömungsrichtung gefördert wird und der Seitenkanalverdichter das Fördervolumen des gasförmigen Mediums im Brenn stoffzellensystem erhöht. Ein weiterer Vorteil, der sich auf diese Weise erzielen lässt, ist die kompakte Bauweise des Seitenkanalverdichters, da die By-Pass Strömungsverbindung bei gleichem Bauraum in den Seitenkanalverdichter inte griert werden kann und keine Bauteile außerhalb des Bauraums des Seitenkanal verdichters notwendig sind.

Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Stell- Element in Richtung der Drehachse verschiebbar im Gehäuse gelagert ist. Auf diese Weise kann eine kompakte und platzsparende Anordnung des Stell- Elements im Gehäuse erzielt werden und die Größe des Gehäuses und/oder des gesamten Seitenkanalver dichters vergrößert sich zumindest nicht maßgeblich, um das entsprechende Stell- Element im Seitenkanalverdichter unterzubringen. Dabei ist der Einsatz des Stell- Elements maßgeblich, um die By-Pass-Strömungsverbindung im Gehäuse ausbilden zu können. Zudem können die weiteren Änderungen am Seitenkanal verdichter zur Unterbringung des Stellelements und zur Umsetzung der steuerba- ren und/oder optional herstellbaren By-Pass-Strömungsverbindung geringgehal ten werden, wodurch sich die Gesamtkosten des Seitenkanalverdichters mit der By-Pass-Strömungsverbindung reduzieren lassen. Weiterhin kann durch die Um setzung der By-Pass-Strömungsverbindung mittels des in Richtung der Dreh achse verschiebbaren Stell- Elements die Anzahl der zusätzlich zum Stell- Ele ment erforderlichen Bauteile reduziert werden, was wiederum zu einer Bauteil kostenersparnis und/oder einer Montagekostenersparnis führt.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist am Verdichterrad auf der dem mindestens einen Stell- Element zugewandten Stirnfläche mindestens eine erste Spaltfläche ausgebildet. Zudem ist am mindestens einen Stell- Element auf der dem Verdichterrad zugewandten Stirnfläche mindestens eine zweite Spaltflä che ausgebildet. Somit ist mindestens ein Trennungsbereich zwischen den Flä chenpaarungen der jeweiligen Spaltflächen ausgebildet. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass der Unterbrecher- Bereich zwischen der Gas- Ein lassöffnung und der Gas-Auslassöffnung, insbesondere bei nicht hergestellter und somit geschlossener By-Pass-Strömungsverbindung, auf eine kostengüns tige Weise und in einer kompakten und platzsparenden Bauweise umgesetzt werden kann. Durch den Unterbrecher- Bereich wird eine Trennung einer Druck seite und einer Saugseite bewirkt, wobei sich die Saugseite im Bereich der Gas-Einlassöffnung befindet und die Druckseite im Bereich der Gas-Auslassöffnung befindet. Auf diese Weise lässt sich zudem ein zuverlässiger Betrieb bei einem eingeschalteten Zustand des Seitenkanalverdichters gewährleisten, bei dem die By-Pass-Strömungsverbindung nicht hergestellt und somit geschlossen bleiben muss.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die By-Pass-Strömungsverbindung durch ein Wegbewegen des mindestens einen Stell- Elements vom Verdichterrad in Richtung der Drehachse ausgebildet, wobei sich die mindestens eine zweite Spaltfläche von der mindestens einen ersten Spaltfläche wegbewegt, so dass sich mindestens ein jeweiliges erstes Spaltmaß derart vergrößert, dass der kap selnde Trennungsbereich zwischen dem Verdichterrad und dem Stell- Elements im Bereich des Unterbrecher-Bereichs aufgehoben wird. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass die By-Pass-Strömungsverbindung mit wenig kon struktivem Aufwand im Seitenkanalverdichter umgesetzt werden kann mittels des Einsatzes des nierenförmigen Stell- Elements. Somit muss nur wenig konstrukti ver Anpassungsbedarf bei Gehäuse und/oder beim Seitenkanalverdichter vorge nommen werden, um das Stell- Element und weitere notwendige Bauteile unter bringen zu können, wodurch die Kosten reduziert werden können. Des Weiteren lässt sich durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Seitenkanalverdichters die By-Pass-Strömungsverbindung ausbilden, indem das Stell- Element nur ge ringfügig vom Verdichterrad wegbewegt werden muss, damit sich das mindes tens eine jeweilige Spaltmaß derart vergrößert, dass das gasförmige Medium im Unterbrecher-Bereich zwischen dem Stell- Element und dem Verdichterrad hin durchströmen kann von der Gas- Einlassöffnung zur Gas-Auslassöffnung. Dies führt zu einem geringen Verschleiß des Stell- Elements beim Ausbilden der By-Pass-Strömungsverbindung, da der Stellweg kurzen ist. Zudem ist der Energie aufwand zu Öffnen und/oder Schließen der By-Pass-Strömungsverbindung ge ring aufgrund des kurzen Stellwegs, wodurch die Betriebskosten des Seitenka nalverdichters reduziert werden können.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist das Gehäuse mindes tens einen Druckversorgungs- Kanal auf, mittels dem eine zumindest annähernd senkrecht zur Drehachse verlaufende Wirkfläche des Stell- Elements mit einem variablen Druck beaufschlagt wird und somit das Stell- Element mittels einer re sultierenden variablen Druckkraft FD beaufschlagt wird, wobei die Druckkraft FD zumindest annähernd parallel zur Drehachse wirkt. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass eine Ansteuerung zum Öffnen oder Schließen der By-Pass-Strömungsverbindung mittels eines Drucks erfolgen kann. Auf diese Weise kann mittels weniger Bauteile eine kostengünstige und betriebszu standsabhängige Ansteuerung des Stell- Elements bewirkt werden, wodurch die By-Pass-Strömungsverbindung geöffnet oder geschlossen werden kann. Somit können die Betriebskosten und/oder die Herstellkosten des Seitenkanalverdich ters und/oder des gesamten Brennstoffzellensystems reduziert werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird das Stell- Elements durch ein Fe derelement mit einer Rückstellkraft FR beaufschlagt, wobei die Rückstellkraft FR zumindest annähernd parallel zur Drehachse wirkt und wobei die Rückstellkraft FR der Druckkraft FD entgegenwirkt. Dabei kann entweder in einer ersten beispiel haften Ausführungsform bei nicht vorhandenem Druck und somit einer zumindest nahezu nicht vorhandenen Druckkraft FD ein Wegbewegen des Stellelements

vom Verdichterrads mitels der Rückstellkraft FR derart erzielt werden, so dass sich das Spaltmaß vergrößert und die By-Pass-Strömungsverbindung ausgebil det und somit geöffnet ist. Alternativ kann in einer zweiten beispielhaften Ausfüh rungsform bei nicht vorhandenem Druck und somit einer zumindest nahezu nicht vorhandenen Druckkraft FD ein Hinbewegen des Stell- Elements zum Verdichter rad mitels der Rückstellkraft FR derart erzielt werd.en so dass sich das Spaltmaß derart verkleinert, dass die By-Pass-Strömungsverbindung nicht ausgebildet wird und somit geschlossen ist. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass sich das Stell- Element nach einem Öffnen der By-Pass-Strömungsbewegung, beispielsweise durch eine Beaufschlagung der Wirkfläche mit Druck, in die ur sprünglich Position zurückbewegt, was entweder einer geöffneten oder einer ge schlossenen By-Pass-Strömungsverbindung entspricht. Durch die Verwendung des Federelements muss dabei keine zusätzliche Energie in das System einge bracht werden, um eine Rückstellung des Stell- Elements in die ursprüngliche Po sition zu bewirken, wodurch sich wiederum die Betriebskosten reduzieren lassen. Zudem kann auch bei einem Ausfall der elektrischen Systeme des Gesamtfahr zeugs und/oder des Brennstoffzellensystems eine Rückstellung des Stell- Ele ments in die ursprüngliche Position bewirkt werden, wodurch sich eine„Fail-Safe“ Systemkonfiguration in vorteilhafter Weise ergibt, wodurch sich die Sicherheit des Gesamtfahrzeugs und/oder des Brennstoffzellensystems erhöht.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist der Druckversorgungs-Kanal zumindest mitelbar fluidisch mit einem Anodenkreislauf des Brennstoffzel lensystem verbunden, wobei sich ein ansteuerbares Schaltventil zwischen dem Druckversorgungskanal und dem Anodenkreislauf befindet. Auf diese Weise kann ein im Brennstoffzellensystem und/oder dem Anodenkreislauf vorhandener Druck beispielsweise aus einem Strömungsbereich genutzt werden, um betriebs-zustands-abhängig ein Öffnen oder Schließen der By- Pass-Strömungsverbin dung zu bewirken, je nach Bedarfsfall. Beispielsweise kann der Druckversor-gungs- Kanal mit einem Druck aus der Strömungszuleitung zur Gas- Einlassöff nung abgezweigt werden. Sollte sich der Druck nun in diesem Bereich beispiels weise aufgrund des stillstehenden Verdichterrads bei einem Ausfall des Antriebs des Seitenkanalverdichters erhöhen, so könnte sich in einer beispielhaften Aus führungsform die By-Pass-Strömungsverbindung öffnen. Dabei wird der Strö mungswiderstand des Seitenkanalverdichters reduziert, da das gasförmige Me dium den Seitenkanalverdichter mitlels der By-Pass-Strömungsverbindung

durchströmen kann. Auf diese Weise lässt sich der Wirkungsgrad des Brennstoff zellensystems bei einem Ausfall des Seitenkanalverdichters erhöhen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Druckversorgungs- Kanal mittels eines vom Anodenkreislauf des Brennstoffzellensystem unabhängigen Druck kreislaufs verbunden. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass die Ansteuerung des Stell- Elements von dem Druckkreislauf des Brennstoffzellen systems zumindest unmittelbar entkoppelt ist. Dabei kann beispielsweise min destens ein Sensor Parameter aus dem Brennstoffzellensystem erfassen, wie beispielsweise Temperatur, Druck, Anteil an H2O und/oder ISh im gasförmigen Medium, Betriebszustand der Brennstoffzelle, Drehzahl des Rezirkulationsgeblä-ses, Volumenstrom, Massenstrom, um ein Öffnen oder Schließen der By-Pass-Strömungsverbindung zu bewirken. Dabei ist vorteilhaft, dass ein Ansteuern und/oder Bewegen des Stell- Elements und somit ein Öffnen oder Schließen der By-Pass-Strömungsverbindung nur dann erfolgt, wenn es erforderlich ist, wodurch verhindert wird, dass sich in bestimmten Betriebszuständen des Brenn stoffzellensystems eine permanente Bewegung des Stell- Elements zwischen ei ner Öffnungsstellung und einer Schließstellung einstellt, beispielsweise aufgrund einer negativen Rückkopplung aus dem System. Somit lässt sich der Wirkungs grad des Brennstoffzellensystem verbessern, wobei sich die Betriebskosten re duzieren lassen.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist das Federelement als eine Spiralfeder ausgebildet, wobei sich die Spiralfeder zumindest mittelbar zwi schen dem Stell- Element und dem Gehäuse befindet. Auf diese Weise kann eine platzsparende Anordnung des Federelements erzielt werden, wodurch sich eine kompakte Bauform des Seitenkanalverdichters ergibt, da die Schraubenfeder ohne eine Vergrößerung und/oder Änderung des Gehäuses in den Seitenkanal verdichter integriert werden kann. Zudem können durch die Verwendung eines Standard- Bauteils, bei dem es sich insbesondere um Katalogware handelt, die Kosten für das Federelement reduziert werden, wodurch sich die Gesamtkosten des Seitenkanalverdichters reduzieren lassen.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung weist das mindestens eine Stell- Element im Bereich des mindestens einen Seitenkanals jeweils eine parallel zur Drehachse verlaufende erste Bohrung und/oder eine zweite Bohrung auf, wo bei die erste Bohrung koaxial zur Gas- Einlassöffnung verläuft und/oder die zweite Bohrung koaxial zur Gas-Auslassöffnung verläuft. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass mittels eines geringen Energieaufwands die By-Pass-Strömungsverbindung zwischen der Gas- Einlassöffnung und der Gas-Aus-lassöffnung ausgebildet werden kann. Zudem können die Fertigungskosten des Stell- Elements reduziert werden, da die erste und/oder zweite Bohrung, die zur Ausbildung der By-Pass-Strömungsverbindung notwendig sind, eine einfache und wenig komplexe Struktur aufweisen und jeweils mittels eines einzigen Ferti gungsschritts in das Bauteile eingebracht werden können. Dies reduziert die Her stellkosten des gesamten Seitenkanalverdichters.

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 und/oder Kombinationen der in den Ansprüchen beschrieben Merkmale und/oder Vorteile 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 eine schematische Schnittansicht des Seitenkanalverdichters mit ei nem Stell- Element,

Figur 3 einen in Figur 2 mit A-A bezeichneten Schnitt des Seitenkanalver dichters in vergrößerter Darstellung,

Figur 4 einen in Figur 2 mit II bezeichneten Ausschnitt des Seitenkanalver dichters in vergrößerter Darstellung gemäß einem ersten Ausfüh rungsbeispiel,

Figur 5 einen in Figur 2 mit II bezeichneten Ausschnitt des Seitenkanalver dichters in vergrößerter Darstellung gemäß einem zweiten Ausfüh rungsbeispiel,

Figur 6 einen in Figur 4 mit III bezeichneten Ausschnitt des Stell- Elements und eines Verdichterrads in vergrößerter Darstellung

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Der Darstellung gemäß Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch einen, zumindest na hezu rotationssymmetrisch zu einer Drehachse 4 ausgebildeten, erfindungsge mäß vorgeschlagenen Seitenkanalverdichter 1 zu entnehmen.

Der Seitenkanalverdichter 1 weist dabei ein Verdichterrad 2 auf, das insbeson dere als ein geschlossenes scheibenartiges Verdichterrad 2 ausgebildet ist und um die horizontal verlaufenden Drehachse 4 drehbar in einem Gehäuse 3 gela gert ist. Dabei dient ein Antrieb 6, insbesondere ein elektrischer Antrieb 6, als Drehantrieb 6 des Verdichterrads 2. Der Antrieb 6 ist dabei insbesondere als ein Axialfeld- Elektromotor 6 ausgeführt und kann Kühlrippen 33 aufweisen. Das Ge häuse 3 umfasst ein Gehäuse-Oberteil 7 und ein Gehäuse-Unterteil 8, die mitei nander verbunden sind, wobei zwischen dem Gehäuse-Oberteil 7 und dem Ge häuse-Unterteil 8 ein erstes um die Drehachse 4 umlaufendes Dichtelement 29, insbesondere ein O-Ring, angeordnet ist. Das erste Dichtelement 29 bewirkt da bei eine Kapselung eines Verdichterraums 30 des Seitenkanalverdichters 1, ins besondere gegen Kontamination oder Feuchtigkeit von außen. Weiterhin ist das Verdichterrad 2 drehfest auf einer Antriebswelle 9 angeordnet und wird vom Ge häuse-Oberteil 7 und dem Gehäuse-Unterteil 8 umschlossen. Das Verdichterrad 2 weist 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 An triebswelle 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 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 Förderzelle 28 aus. Diese Förderzelle 28 des Verdichterrads 2 verläuft umlaufend um die Drehachse 4 in dem umlaufenden Verdichterraum 30 des Ge häuses 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-för-mige Kontur. 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. Zwischen dem Gehäuse 3 und dem Antrieb 6 kann zudem ein zweites umlaufendes Dichtelement 31, insbesondere ein O-Ring, angeordnet sein. Das zweite Dichtelement 31 bewirkt dabei eine Kapse lung der elektrischen Bauteile des Antriebs 6 gegen Kontamination oder Feuch tigkeit von außen.

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 (siehe Fig. 3).

Die Antriebswelle 9 ist axial zur Drehachse 4 zumindest kardanisch mit dem An trieb 6 verbunden. Zudem befindet sich ein Lager 27 am Außendurchmesser der Antriebswelle 9 axial im Bereich zwischen dem Gehäuse-Unterteil 8 und dem Verdichterrad 2. Die Antriebswelle 9 bildet einen Lager-Zapfen 36 axial zur Dreh achse 4 auf Ihrer dem Antrieb 6 abgewandten Seite aus, wobei sich im Bereich des Lager-Zapfens 36 das Lager 27 befindet. Zudem ist mindestens eine um die Drehachse 4 umlaufende Dichtung 23 am Außendurchmesser der Antriebswelle 9 angeordnet, insbesondere axial zu 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. Dabei verhindert die Dichtung 23 zum einen, dass das zu fördernde gasförmige Medium aus dem Gehäuse 3 in den Antrieb 6 eindrin-gen kann. Zum anderen wird durch die Dichtung 23 zum anderen der Bereich in nerhalb des Gehäuses 3 gegen Kontamination oder Feuchtigkeit von außen ge kapselt. Die Dichtung 23 kann dabei beispielsweise als eine Labyrinth-Dichtung 23 ausgeführt sein.

In einer möglichen Ausführungsform weist die Antriebswelle 9 Absätze auf, die in einer axialen Richtung 42 zu beiden Wellen-Enden hin verlaufen, ausgehend von Ihrem Außendurchmesser-Bereich, auf den das Verdichterrad 2 aufgebracht ist. Im Bereich zwischen dem jeweiligen Absatz und dem jeweiligen Wellenende ist der Durchmesser der Antriebswelle 9 insbesondere verkleinert, im Vergleich zum größeren Wellendurchmesser-Bereich, in dem die Antriebswelle 9 mit dem Ver dichterrad 2 verbunden ist. Bei den Lagern 27 kann es sich um Wälzlager 27 handeln, insbesondere um Kugellager 27. 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.

Vom Antrieb 6 wird ein Drehmoment über die Antriebswelle 9 und die Verdichter-rad-Nabe 10 auf das Verdichterrad 2 übertragen. Dabei wird das Verdichterrad 2 in Rotationsbewegung versetzt und die Förderzelle 28 bewegt sich in einer Rota tionsbewegung umlaufend um die Drehachse 4 durch den Verdichterraum 30 im Gehäuse 3 (siehe Fig. 2). Dabei wird ein schon im Verdichterraum 30 befindli ches gasförmiges Medium durch die Förderzelle 28 mitbewegt und dabei geför dert und/oder verdichtet. Zudem findet eine Bewegung des gasförmigen Medi ums, insbesondere ein Strömungsaustausch, zwischen der Förderzelle 28 und dem mindestens einen Seitenkanal 19, 21 statt. Des Weiteren ist der Seitenka nalverdichter 1 über die Gas- Einlassöffnung 14 und die Gas-Auslassöffnung 16 mit einem Brennstoffzellensystem 37 verbunden, wobei das gasförmige Medium, bei dem es sich insbesondere um ein unverbrauchtes Rezirkulationsmedium aus einer Brennstoffzelle 39 handelt, über die Gas- Einlassöffnung 14 in den Verdich terraum 30 des Seitenkanalverdichters 1 ein und/oder wird dem Seitenkanalver dichter 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 abge leitet und strömt insbesondere in einer Ausströmrichtung 41 zum Brennstoffzel lensystems 37.

Zudem ist in Fig. 1 gezeigt, dass das gasförmige Medium in Einströmrichtung 39 beispielsweise von einem Brennstoffzellenstapel, in den Seitenkanalverdichter 1 einströmt. Dabei erhöht sich mit fortschreitendem Umlauf von der Gas- Einlassöff nung 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 Seiten kanalverdichters 1 abgeleitet und strömt in Ausström richtung 41, insbesondere in Richtung einer Strahlpumpe 41 des Brennstoffzellensystems 37, aus. Durch den Unterbrecher-Bereich 15 wird eine Trennung einer Druckseite und einer Saug seite bewirkt, wobei sich die Saugseite im Bereich der Gas- Einlassöffnung 14 be findet und die Druckseite im Bereich der Gas-Auslassöffnung 16 befindet.

In Fig. 2 ist eine schematische Schnittansicht des Seitenkanalverdichters 1 mit einem Stell- Element 11 gezeigt, wobei sich das nierenförmige Stell- Element 11 entweder in Richtung der Drehachse 4 zwischen dem Verdichterrad 2 und dem Gehäuse-Oberteil 7 befinden kann und/oder wobei sich das nierenförmige Stell-Element Element 11 zwischen dem Verdichterrad 2 und dem Gehäuse-Unterteil 8 befinden kann. Somit kann der Seitenkanalverdichter 1 entweder nur ein Stell-Element 11 aufweisen, wobei sich das Stell- Element 11 entweder auf der dem Antrieb 6 abgewandten Seite vom Verdichterrad 2 befindet oder das Stell- Ele ment 11 befindet sich auf der dem Antrieb 6 zugewandten Seite vom Verdichter rad 2. In einer weiteren beispielhaften Ausführung kann der Seitenkanalverdich ter 1 jedoch auch zwei Stell- Elemente 11 aufweisen. Das jeweilige Stell- Element 11 befindet sich dabei zumindest nahezu ausschließlich im Bereich des Unter brecher-Bereichs 15 im Gehäuse 3. Zudem ist das Stell- Element 11 in Richtung der Drehachse 4 verschiebbar im Gehäuse 3 gelagert.

Dabei ist in Fig. 2 gezeigt, dass sich in Richtung der Drehachse 4 im Unterbre cher-Bereich 15 jeweils ein kapselnder Trennungsbereich 47 zwischen dem Ver dichterrad 2 und dem Stell- Element 11 und/oder dem Verdichterrad 2 und dem Gehäuse-Unterteil 8 und/oder dem Verdichterrad 2 und dem Gehäuse-Oberteil 7 ausbildet. Das Gehäuse-Oberteil 7 und das Gehäuse-Unterteil 8, sind dabei bei spielsweise mittels einer Verschraubung 48 miteinander verbunden sind.

Fig. 3 zeigt einen in Figur 2 mit A-A bezeichneten Schnitt des Seitenkanalver dichters 1 in vergrößerter Darstellung. Dabei ist die Anordnung des Stell- Ele ments 11 in relativer Position zum Unterbrecher-Bereich 15, zur Gas- Einlassöff nung 14, zur Gas-Auslassöffnung 16 und zum jeweiligen Seitenkanal 19, 21 ge zeigt. Das Stell- Element 11 überdeckt dabei im Bereich des Verdichterraums 30 den Unterbrecher-Bereich 15 und auf der Höhe der Gas- Einlassöffnung 14 und der Gas-Auslassöffnung 16 zumindest teilweise den Bereich des jeweiligen Sei tenkanals 19, 21. Bei einer hergestellten By-Pass-Strömungsverbindung 18 be wegt sich das Stell- Element 11 vom Verdichterrad 2 weg, so dass sich das gas förmige Medium, wie in Fig. 3 dargestellt, zumindest nahezu direkt von der der Gas- Einlassöffnung 14 und der Gas-Auslassöffnung 16 im Unterbrecher-Bereich 15 bewegen kann, indem der Trennungsbereich 47 aufgehoben wird.

Des Weiteren ist gezeigt, dass das mindestens eine Stell- Element 11 im Bereich des mindestens einen Seitenkanals 19, 21 jeweils eine parallel zur Drehachse 4 verlaufende erste Bohrung 43 und/oder eine zweite Bohrung 45 aufweist, wobei die erste Bohrung 43 koaxial zur Gas- Einlassöffnung 14 verläuft und/oder die zweite Bohrung 45 koaxial zur Gas-Auslassöffnung 16 verläuft. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass das gasförmige Medium, das aus dem Brennstoffzellen system 37 kommt, über die Gas- Einlassöffnung 14 durch die erste Bohrung 43 des Stell- Elements 11 bis in den Bereich des jeweiligen Seitenkanals 19, 21 und/oder in den Bereich der hergestellten By-Pass-Strömungsverbindung 18 strömen kann. Nachdem das gasförmige Medium den Seitenkanalverdichter 1 entweder durch den jeweiligen Seitenkanal 19, 21 oder die By-Pass-Strömungs-verbindung 18 durchströmt hat, kann das gasförmige Medium durch die zweite Bohrung 45 in die Gas-Auslassöffnung 16 und von dort weiter zurück in das Brennstoffzellensystem 37 strömen.

Die By-Pass-Strömungsverbindung 18, zwischen der Gas- Einlassöffnung 14 und der Gas-Auslassöffnung 16 wird dabei zumindest zeitweise und/oder betriebszu-stands-abhängig und/oder steuerbar vom Seitenkanalverdichter 1 hergestellt, wobei diese By-Pass-Strömungsverbindung 18 durch ein Bewegen des mindes tens einen nierenförmigen Stell- Elements 11 hergestellt wird, wobei sich diese im Unterbrecher-Bereich 15 zwischen dem Verdichterrad 2 und dem Gehäuse 3 be findet.

Fig. 4 zeigt einen in Figur 2 mit II bezeichneten Ausschnitt des Seitenkanalver dichters 1 in vergrößerter Darstellung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Dabei ist dargestellt, dass das Verdichterrad 2 auf der dem Stell- Element 11 oder dem Gehäuse-Oberteil 7 oder dem Gehäuse-Unterteil 8 zugewandten Stirnfläche mindestens eine erste Spaltfläche 32a, b ausbildet. Das mindestens eine Stell-Element 11 oder das Gehäuse-Oberteil 7 bildet dabei auf der dem Verdichterrad 2 zugewandten Stirnfläche jeweils eine zweite Spaltfläche 34a aus. Zudem kann das mindestens eine Stell- Element 11 oder das Gehäuse-Unterteil 8 auf der dem Verdichterrad 2 zugewandten Stirnfläche jeweils eine zweite Spaltfläche 34b aus bilden. Des Weiteren können dabei die Flächenpaarungen der jeweiligen Spalt flächen 32, 34 den jeweiligen Trennungsbereich 47 ausbilden.

Weiterhin ist in Fig. 4 gezeigt, dass die By-Pass-Strömungsverbindung 18 durch ein Wegbewegen des mindestens einen Stell- Elements 11 vom Verdichterrad 2 in Richtung der Drehachse 4 ausgebildet wird, insbesondere in einer jeweiligen axialen Richtung 42. Das Gehäuse 3 weist zudem mindestens einen Druckver-sorgungs- Kanal 17 auf, mittels dem eine zumindest annähernd senkrecht zur Drehachse 4 verlaufende Wirkfläche 44 des Stell- Elements 11 mit einem variab len Druck beaufschlagt wird. Der Druckversorgungs- Kanal 17 mündet dabei in einen sich im Gehäuse 3 befindlichen Druckraum 25, in dem sich auch die Wirk fläche 44 befindet, wobei sich im Druckraum 25 ein entsprechender Druck ausbil den kann. Die Wirkfläche 44 befindet sich dabei auf der dem Verdichterrad 2 ab gewandten Seite des Stell- Elements 11. Somit kann das Stell- Element 11 mittels einer resultierenden variablen Druckkraft FD beaufschlagt werden, wobei die Druckkraft FD zumindest annähernd parallel zur Drehachse 4 wirkt. Zudem wird das Stell- Elements 11 durch ein Federelement 35 mit einer Rückstellkraft FR be aufschlagt, wobei die Rückstellkraft FR zumindest annähernd parallel zur Dreh achse 4 wirkt und wobei die Rückstellkraft FR der Druckkraft FD entgegenwirkt. Auch das Federelement 35 kann zumindest annähernd parallel zur Drehachse 4 angeordnet sein. Sobald nun der Druckraum 25 mittels des Druckversorgungs-Kanal 17 mit Druck versorgt wird, steigt auch die Druckkraft FD die auf das Stell-Element 11 wirkt. Sobald die Druckkraft FD größer wird als die Rückstellkraft FR bewegt sich das Stell- Element 11 auf das Verdichterrad 2 zu, insbesondere aus einer Position, die einer geöffneten By-Pass-Strömungsverbindung 18 entspricht. Dabei bewegt sich die zweite Spaltfläche 34 des Stell- Elements 11 immer weiter auf die erste Spaltfläche 32 des Verdichterrads 2 zu bis sich ein jeweiliges erstes Spaltmaß 38a, b derart klein wird, so dass sich ein kapselnder Trennungsbereich 47 ausbildet. Sobald sich dieser ausgebildet hat ist die By- Pass-Strömungsver bindung 18 geschlossen und das gasförmige Medium kann nur noch durch den jeweiligen Seitenkanal 19, 21 von der Gas- Einlassöffnung 14 zur Gas -Auslassöff nung 16 strömen.

Sobald der Druckversorgungs- Kanal 17 nicht mehr mit Druck beaufschlagt wird und somit das Druckniveau im Druckraum 25 sinkt, wird die Druckkraft FD immer weiter reduziert, so dass ein Wegbewegen des Stell- Elements 11 vom Verdich terrad 2 mittels der Rückstellkraft FR derart erzielt wird, dass sich das Spaltmaß 38 vergrößert und die By-Pass-Strömungsverbindung 18 ausgebildet und somit geöffnet wird. Dabei ist Rückstellkraft FR größer als die Druckkraft FD. Dabei be wegt sich die mindestens eine zweite Spaltfläche 34a, b von der mindestens ei nen ersten Spaltfläche 32 weg, so dass sich mindestens ein jeweiliges erstes Spaltmaß 38a, b derart vergrößert, dass der kapselnde Trennungsbereich 47 zwischen dem Verdichterrad 2 und dem Stell- Elements 11 im Bereich des Unter brecher-Bereichs 15 aufgehoben wird.

Das Stell- Element 11 bewegt sich dabei in axialer Richtung 42 zum Öffnen oder Schließen der By-Pass-Strömungsverbindung 18 über eine Hub-Strecke 20, wo bei das Stell- Element radial zur Drehachse 4 mittels eines Führungsteils 22 im Gehäuse 3 geführt ist. Der Druckversorgungs- Kanal 17 ist dabei zumindest mit telbar fluidisch mit einem Anodenkreislauf des Brennstoffzellensystem 37 verbun den, wobei sich ein ansteuerbares Schaltventil zwischen dem Druckversorgungs kanal 17 und dem Anodenkreislauf befindet. Der im ersten Ausführungsbeispiel gezeigte Seitenkanalverdichter 1 weist dabei die By-Pass-Strömungsverbindung 18 auf, die somit drucklos geöffnet ist. In einer alternativen Ausführungsform kann jedoch der Druckversorgungs- Kanal 17 mittels eines vom Anodenkreislauf des Brennstoffzellensystem 37 unabhängigen Druckkreislaufs verbunden sein.

Zudem ist in Fig. 4 gezeigt, dass sich ein drittes Dichtelement 49 zwischen dem Stell- Element 11 und dem Gehäuse 3 befindet und sich ein viertes Dichtelement 51 zwischen dem Stell- Element 11 und dem Gehäuse 3 befindet.

Fig. 5 zeigt einen in Figur 2 mit II bezeichneten Ausschnitt des Seitenkanalver dichters 1 in vergrößerter Darstellung gemäß einem zweiten Ausführungsbei spiel. Dabei ist gezeigt, dass sich das Stell- Element 11 mittels des Federele ments 35 auf seiner dem Verdichterrad 2 abgewandten Seite an dem Gehäuse 3 abstützt. Auch in diesem zweiten Ausführungsbeispiels befindet sich der Druck versorgungs- Kanal 17 im Gehäuse 3, wobei dieser auch in den Druckraum 25 mündet. Jedoch befindet sich die Wirkfläche 44 des Stell- Elements 11 hierbei auf der dem Verdichterrad 2 zugewandten Seite des Stell- Elements 11. Somit wirken die Kräfte FD und FRj'eweils in die entgegengesetzte Richtung im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel. Dabei wird die By-Pass-Strömungsverbindung 18 geöffnet, sobald der Druck im Druckraum 25 derart groß wird, so dass die Druck kraft FD größer als die Rückstellkraft FR des Federelements 35 wird. Auch das Fe derelement 35 kann zumindest annähernd parallel zur Drehachse 4 angeordnet sein. Dabei ist das Federelement 35 beispielsweise in einer Innenbohrung einer Federelement-Aufnahme 24 geführt, wobei sich die Federelement-Aufnahme 24 in Richtung der Drehachse 4 zwischen dem Stell- Element 11 und dem Gehäuse 3 befindet. Die Rückstellkraft FR des Federelements 35 lässt sich dabei bei der Montage mittels der Dicke des Führungsteils 22 einstellen, wobei sich das Füh rungsteil 22 zwischen der Federelement-Aufnahme 24 und dem Federelement 35 befindet. Bei nicht vorhandenem Druck und somit einer zumindest nahezu nicht vorhandenen Druckkraft FD wird ein Hinbewegen des Stell- Elements 11 zum Ver-dichterrads 2 mittels der Rückstellkraft FR derart erzielt, so dass sich das Spalt maß 38 derart verkleinert, dass die By-Pass-Strömungsverbindung 18 nicht aus gebildet wird und somit geschlossen ist. Der im zweiten Ausführungsbeispiel ge zeigte Seitenkanalverdichter 1 weist dabei eine By-Pass-Strömungsverbindung 18 auf, die somit drucklos geschlossen ist. Zwischen dem Stell- Element 11 und der Federelement-Aufnahme 24 ist zudem ein zweites Spaltmaß 40 ausgebildet, wobei sich das zweite Spaltmaß 40 mit der Bewegung des Stell- Elements 11 in axialer Richtung 42 um die Hubstrecke 20 vergrößert oder verkleinert.

Das Federelement 35 kann dabei als eine Spiralfeder 35 und/oder eine Schrau benfeder 35 ausgebildet sein, wobei sich die Spiralfeder 35 zumindest mittelbar zwischen dem Stell- Element 11 und dem Gehäuse 3 befindet.

Fig. 6 zeigt einen in Figur 4 mit III bezeichneten Ausschnitt des Stell- Elements 11 und des Verdichterrads 2 in vergrößerter Darstellung. Dabei ist gezeigt, dass sich bei einem Wegbewegen des Stell- Elements 11 vom Verdichterrad 2 die zweite Spaltfläche 34 von der ersten Spaltfläche 32 wegbewegt. Dabei wird ein jeweili ges erstes Spaltmaß 38 größer. Sobald nun das jeweilige Spaltmaß 38 einen ge wissen Wert überschreitet wird der kapselnde Trennungsbereich 47 im Unterbre cher-Bereich 15 aufgehoben, so dass die By-Pass-Strömungsverbindung 18 zwi schen dem Stell- Element 11 und dem Verdichterrad 2 hergestellt wird.