Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
SIDE-CHANNEL COMPRESSOR FOR A FUEL CELL SYSTEM FOR CONVEYING AND/OR COMPRESSING A GASEOUS MEDIA
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/048140
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a side-channel compressor (1) for a fuel cell system (37) for conveying and/or compressing a gas, particularly hydrogen, comprising a housing (3), the housing (3) comprising a housing upper part (7) and a housing lower part (8), a compressor chamber (30) located in the housing (3), comprising at least one peripheral side channel (19), a compressor wheel (2) arranged in the housing (3), which is rotatably arranged about an axis of rotation (4), the compressor wheel (2) comprising blades (5) arranged on the periphery thereof in the region of the compressor chamber (30), and respectively a gas inlet (14) embodied in the housing and a gas outlet (16) which are fluidically interconnected by means of the compressor chamber (30), particularly the at least one side channel (19). According to the invention, the compressor wheel (2) comprises at least one connecting borehole (21) that extends radially in relation to the axis of rotation (4) through at least one of the blades (5) and which connects an inner chamber (44) of the side-channel compressor (1) to a separation chamber (34).

More Like This:
Inventors:
MERZ, Armin (Brunnenstrasse 46, Weinstadt, 71384, DE)
HERO, Alexander (Am Schlossgarten 11, Lehrensteinsfeld, 74251, DE)
Application Number:
EP2018/070711
Publication Date:
March 14, 2019
Filing Date:
July 31, 2018
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)
International Classes:
F04D23/00; B01D45/14; F04D29/30
Foreign References:
DE10314820A12004-12-02
DE102015224223A12017-06-08
JPH07167472A1995-07-04
DE102007053016A12009-05-07
Download PDF:
Claims:
Seitenkanalverdichter (1) für ein Brennstoffzellensystem (37) zur Förderung und/oder Verdichtung eines Gases, insbesondere Wasserstoff, mit einem Gehäuse (3), wobei das Gehäuse (3) ein Gehäuse-Oberteil (7) und ein Gehäuse-Unterteil (8) aufweist, mit einem in dem Gehäuse (3) befindlichen Verdichterraum (30), der mindestens einen umlaufenden Seitenkanal (19) aufweist, mit einem in dem Gehäuse (3) befindlichen Verdichterrad (2), das drehbar um eine Drehachse (4) angeordnet ist, 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), fluidisch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterrad (2) wenigstens eine Verbindungsbohrung (21) aufweist, die radial zur Drehachse (4) durch wenigstens eines der Schaufelblätter (5) verläuft und die einen Innenraum (44) des Seitenkanalverdichters (1) mit einem Abscheideraum (34) verbindet.

Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterrad (2) im Bereich des Verdichterraums (30) zwischen zwei benachbarten Schaufelblättern (5) jeweils eine Förderzelle (28) ausbildet, die radial zur Drehachse (4) nach außen durch einen äußeren umlaufenden Begrenzungsring (11) und nach innen durch einen inneren umlaufenden Begrenzungsring (17) begrenzt ist, wobei die Förderzelle (28) in Richtung der Drehachse (4) mindestens eine Öffnung (32a, b) aufweist, wobei der äußere und der innere Begrenzungsring (11, 17) jeweils rotationssymetrisch zur Drehachse (4) verläuft.

Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsbohrung (21) vollständig durch ein jeweiliges Schaufelblatt (5) des Verdichterads (2) verläuft, wobei die Verbindungsbohrung (21) insbesondere vollständig vom Material des Schaufelblatts (5) umschlossen ist. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der Förderzelle (28) und/oder des mindestens einen Seitenkanals (19) vom Innenraum (44) zumindest teilweise gekapselt ist, wobei sich der Innenraum (44) inbesondere radial zur Drehachse (4) zwischen dem inneren Begrenzungsring (17) und der Drehachse (4) befindet.

Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterrad (2) am inneren Begrenzungsring (17) mindestens einen innenliegenden umlaufenden Ringbund (42a, b) aufweist, der insbesondere radial zur Drehachse (4) verläuft und der auf der der Drehachse (4) zugewandten Seite des inneren Begrenzungsrings (17) (17) verläuft, wobei durch den mindestens einen innenliegenden umlaufenden Ringbund (42a, b) die zumindest teilweise Kapselung des Bereichs der Förderzelle (28) und/oder des mindestens einen Seitenkanals (19) vom Innenraum (44) erzielt wird.

Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der Förderzelle (28) und/oder des mindestens einen Seitenkanals (19) vom Abscheideraum (34) zumindest teilweise gekapselt ist, wobei sich der Abscheideraum (34) inbesondere radial zur Drehachse (4) zwischen dem äußeren Begrenzungsring (11) und dem Gehäuse-Oberteil (7) und/oder dem Gehäuse-Unterteil (8) befindet.

Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterrad (2) im Bereich des äußeren Begrenzungsrings (11) mindestens einen außenliegenden umlaufenden Ringbund (48a, b) aufweist, der insbesondere radial zur Drehachse (4) verläuft, wobei der mindestens eine umlaufende Ringbund (48a, b) auf der der Drehachse (4) abgewandten Seite des äußeren Begrenzungsrings (11) verläuft und wobei durch den mindestens einen Ringbund (48a, b) eine zumindest teilweise Kapselung des Bereichs der Förderzelle (28) und/oder des mindestens einen Seitenkanals (19) vom Abscheideraum (34) erzielt wird. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine innenliegende umlaufende Ringbund (42a, b) axial und/oder radial zur Drehachse (4) mit dem Gehäuse-Ober teil (7) und/oder dem Gehäuse-Unterteil (8) in Anlage steht.

Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine außenliegende umlaufende Ringbund (48a, b) axial und/oder radial zur Drehachse (4) mit dem Gehäuse-Ober teil (7) und/oder dem Gehäuse-Unterteil (8) in Anlage steht.

Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf der der Drehachse (4) abgewandten Seite des Abscheideraums (34) im Gehäuse-Oberteil (7) und/oder im Gehäuse-Unterteil (8) und/oder zwischen dem Gehäuse-Oberteil (7) und dem Gehäuse-Unterteil (8) ein Abführungs- Kanal (46) befindet.

Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abführungs- Kanal (46) am geodätisch tiefsten Punkt im Gehäuse-Oberteil (7) und/oder im Gehäuse-Unterteil (8) und/oder zwischen dem Gehäuse-Oberteil (7) und dem Gehäuse-Unterteil (8) befindet, insbesondere in Wirkrichtung der Schwerkraft, wobei der Abführungs-Kanal (46) insbesondere in einem Winkel zur Drehachse (4) geneigt verläuft.

Description:
Beschreibung Titel

Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem zur Förderung und/oder

Verdichtung von einem gasförmigen Medium

Stand der Technik Die vorliegende Erfindung betrifft einen Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem zum Fördern und/oder Verdichten 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 Mitteldruckleitungssystem an eine Ejektoreinheit geleitet. Diese Ejektoreinheit führt das Gas über eine Verbindungsleitung eines Niederdruckleitungssystems zu einer Brennstoffzelle. Nachdem das Gas durch die 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 einen Antrieb, insbesondere einen elektrischen Antrieb, der beim Betrieb in Fahrzeugen über die Fahrzeugbatterie mit Spannung versorgt wird.

Aus der DE 10 2007 053 016 A1 ist ein Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem bekannt, bei dem ein gasförmiges Medium gefördert und/oder ver- dichtet wird. Der Seitenkanalverdichter weist ein in einem Gehäuse umlaufendes

Verdichterrad auf, das auf einer Antriebswelle befestigt ist und von einem Antrieb in Rotation versetzt wird. Das Verdichterrad weist dabei einen inneren umlaufenden Begrenzungsring auf, der umlaufend um eine Drehachse verläuft. Auf diesem Verdichterrad befinden sich im Bereich eines Verdichterraums Schaufelblätter zwischen denen jeweils Förderzellen ausgebildet sind. Die Schaufelblätter wirken mit mindestens einem ringförmig ausgebildeten um die Drehachse umlaufenden Seitenkanal zusammen. Die Schaufelblätter sind dabei eben ausgebildet und eine Schaufelblatt-Kontur verläuft plan in Richtung der Drehachse. Bei einer Drehung des Verdichterrads im Gehäuse bildet sich zwischen dem Schaufelblatt und dem Seitenkanal eine Zirkulationsströmung aus, durch die eine Energieeinleitung vom Verdichterrad ins gasförmige Medium erfolgt. Das gasförmige Medium strömt dabei axial in Richtung der Drehachse in den inneren, dem inneren Begrenzungsring zugewandten, Bereich der Förderzelle ein und tritt axial oder radial zur Drehachse im Bereich der äußeren, dem inneren Begrenzungsring abgewandten, Bereich der Förderzelle wieder aus. Beim Durchströmen der Förderzelle des Schaufelblattes erfährt das gasförmige Medium eine Dralländerung durch die im umlaufenden Seitenkanal ein Druckanstieg bewirkt wird.

Der aus der DE 10 2007 053 016 AI bekannte Seitenkanalverdichter kann gewisse Nachteile aufweisen. Bei der Verwendung des Seitenkanalverdichters, insbesondere als Rezirkulationsgebläse, im Brennstoffzellensystem kann es in einem Innenraum des Seitenkanalverdichters zur Bildung von flüssigem Wasser, insbesondere durch Auskondensation aus dem gasförmigen Medium, kommen. Im abgeschalteten Zustand des Brennstoffzellensystems im Fahrzeug setzt sich dieses Wasser bei niedrigen Umgebungstemperaturen an den Verrohrungen des Systems aber auch an den rotierenden Teilen des Seitenkanalverdichters wie Lager, Welle oder Verdichterrad ab. Beim Starten des Fahrzeugs und somit der Brennstoffzellenordnung kann dies bei zu großer Eisbrückenbildung zu einem Blockieren des Antriebs führen, wodurch die rotierenden Teile, insbesondere das Verdichterrad beschädigt werden können und/oder ein Starten des Systems erschwert beziehungsweise verzögert oder vollständig verhindert wird.

Des Weiteren kann es bei einer Auskondensation von Wasser und weiteren schweren Bestandteilen aus dem gasförmigen Medium, wie beispielsweise Stickstoff, dazu führen, dass sich diese Bestandteile im Innenraum des Seitenkanal- Verdichters sammeln und weiter in den innenliegenden Bereich des Seitenkanalverdichters vordringen und die darin befindlichen Bauteile schädigen. Dies gilt insbesondere für gegen Flüssigkeitseintrag empfindliche Bauteile wie Antriebswelle, Lager und Antrieb, insbesondere in Form eines elektrischen Antriebs.

Offenbarung der Erfindung Erfindungsgemäß wird ein Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem vorgeschlagen, zum Fördern und/oder Verdichten von einem gasförmigen Medium, insbesondere Wasserstoff.

Bezugnehmend auf Anspruch 1 ist der Seitenkanalverdichters derart ausgebildet, dass ein Verdichterrad wenigstens eine Verbindungsbohrung aufweist, die radial zu einer Drehachse durch wenigstens ein Schaufelblatt verläuft und die einen Innenraum des Seitenkanalverdichters mit einem Abscheideraum verbindet. Auf diese Weise können auskondensierte schwere Bestandteile des zu fördernden gasförmigen Mediums, die sich im Bereich des Innenraums des Seitenkanalver- dichters gesammelt haben, radial zur Drehachse in den außenliegenden Bereich des Seitenkanalverdichters geleitet werden, insbesondere in den Abscheideraum. Durch die geometrische Anordnung der Verbindungsbohrung radial zur Drehachse wirkt bei einer Rotation des Verdichterrades zudem eine Zentrifugalkraft auf die schweren schwere Bestandteile des zu fördernden gasförmigen Me- diums und die schweren Bestandteile werden automatisch durch die Verbindungsbohrung in den Bereich des Abscheideraums transportiert. Dafür sind keine weiteren kontruktiven Maßnahmen am Seitenkanalverdichter notwendig wie beispielsweise die Verwendung einer Pumpe zum Erzeugen eines Überdrucks im Innenraum oder zum Erzeugen eines Unterdrucks im Abscheideraum, damit die Förderwirkung einsetzt. Dies bietet den Vorteil, dass die Bauteil- und

Montage- Kosten für weitere Bauteile, wie beispielsweise die Pumpe, eingespart werden können. Des Weiteren kann durch das aktive und selbstständige Ableiten der schweren Bestandteile, wie Wasser und/oder Stickstoff aus dem Innenraum des Seitenkanalverdichters eine Beschädigung der innenliegenden Bauteile und der rotierenden Bauteile, wie beispielsweise dem Verdichterrad, verhindert werden. Dadurch kann die Ausfallwahrscheinlichkeit des Verdichterrades und/oder eines Antriebs vermindert werden, wodurch sich die Lebensdauer des gesamten Seitenkanalverdichters steigern lässt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Pumpe möglich. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung bildet das Verdichterrad im Bereich eines Verdichterraums zwischen jeweils zwei benachbarten Schaufelblättern jeweils eine Förderzelle aus. Diese Förderzelle ist radial zur Drehachse nach außen durch einen äußeren umlaufenden Begrenzungsring und nach innen durch einen inneren umlaufenden Begrenzungsring des Verdichterrades begrenzt. Dabei weist die Förderzelle in Richtung der Drehachse mindestens eine Öffnung auf. Der äußere Begrenzungsring und der innerer Begrenzungsring verlaufen dabei rotationssymetrisch um die Drehachse. Des Weiteren ist die mindestens eine Öffnung auf der einem mindestens einen Seitenkanal des Gehäuses zugewandten Seite der Förderzelle des Verdichterrades ausgebildet. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Strömung des gasförmigen Mediums, insbesondere eine Zirkulationsströmung, nur axial zur Drehachse zur und von der Förderzelle strömt und sich somit nur eine axiale Bewegung des gasförmigen Mediums zwischen dem mindestens einen Seitenkanal und der Förderzelle einstellt. Dies bietet den Vorteil, dass sich eine Strömung des gasförmigen Mediums nur in dem Bereich einstellt, in dem Sie erwünscht ist, nämlich zwischen dem Seitenkanal und der Förderzelle. Reibungsverluste aufgrund einer Reibung des Mediums mit anderen Bereichen des Seitenkanalverdichters, die keine verbesserte Förderung und Verdichtung des gasförmigen Mediums bewirken, können weitestgehend reduziert und/oder vermieden werden, wodurch sich der Wirkungsgrad des Seitenkanalverdichters erhöhen lässt. Darüber hinaus kann eine unerwünschte Temperaturerhöhung des gasförmigen Mediums aufgrund von Reibung vermindert werden. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung verläuft die Verbindungsbohrung vollständig durch das jeweilige Schaufelblatt des Verdichterrades, wobei die Verbindungsbohrung insbesondere vollständig vom Material des Schaufelblattes umschlossen ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass die schweren Bestandteile beim Durchströmen der Verbindungsbohrung in den Bereich der Förderzelle oder des Seitenkanals entweichen können, was nachteilig auf den Ver- dichtungs- und Förderprozess wirken würde, da zugeführte schwere Bestandteile im Bereich des Seitenkanals und/oder der Förderzelle den Wirkungsgrad des Seitenkanalverdichters reduzieren und somit weniger Wasserstoff gefördert werden kann. Vielmehr werden die schweren Bestandteile bei der Ableitung durch die geometrische Ausführung der Verbindungsbohrung, die vollständig vom Material des Schaufelblatts umschlossen ist, effizient von der Förderzelle und dem Seitenkanal gekapselt. Die Bestandteile werden somit durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Verbindungsbohrung derart vom Innenraum zum Abscheideraum geleitet, dass eine Leckage aus der Verbindungsbohrung in den Bereich des mindestens einen umlaufenden Seitenkanals und/oder der Förderzelle beim Ableiten der schweren Bestandteile aus dem Innenraum verhindert wird. Durch die effiziente Ableitung der im Seitenkanalverdichter und/oder Brennstoffzellensystem unerwünschten und nachteiligen schweren Bestandteile lässt sich zum Einen ein hoher Wirkungsgrad des Seitenkanalverdichters zumindest beibehalten oder sogar noch erhöhen. Zum Anderen kann der Wirkungsgrad des gesamten Brennstoffzellensystems erhöht werden, da die unerwünschten schweren Bestandteile, wie beispielsweise Wasser oder Stickstoff, schon früh nach deren Auftreten, beispielsweise nach dem erfolgten Stromerzeu- gungsprozess in einer Brennstoffzelle, aus dem Brennstoffzellensystem herausgeleitet werden können.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Bereich der Förderzelle und/oder des mindestens einen Seitenkanals vom Innenraum zumindest teilweise gekapselt. Dabei befindet sich der Innenraum insbesondere radial zur Drehachse zwischen dem inneren Begrenzungsring und der Drehachse. Des Weiteren weist das Verdichterrad am inneren Begrenzungsring mindestens einen innenliegenden umlaufenden Ringbund auf, der insbesondere radial zur Drehachse verläuft und der auf der der Drehachse zugewandten Seite des inneren Begrenzungs- rings verläuft. Dabei wird durch den mindestens einen innenliegenden umlaufenden Ringbund eine zumindest teilweise Kapselung des Bereichs der Förderzelle und/oder des mindestens einen Seitenkanals vom Innenraum erzielt. Auf diese Weise wird verhindert, dass entweder Wasserstoff oder die schweren Bestandteile aus dem Bereich des Verdichterraums in die innenliegende gekapselte Region des Seitenkanalverdichters vordringen, in dem sich Bauteile befinden, die durch Wasserstoff und/oder die schweren Bestandteile geschädigt werden können. Somit kann beispielsweise die Lebensdauer eines Lagers, einer Antriebswelle oder weiterer Bauteile, die sich im Innenraum des Seitenkanalverdichters befinden, erhöht werden. Dies ist dadurch begründet, dass eine Schädigung der Bauteile, insbesondere aufgrund von Korrosion durch Kontakt mit Wasser, durch die Kapselung verhindert wird. Des Weiteren wird ein elektrischer Kurzschluss durch Flüssigkeitseintrag in die elektrischen Bauteile verhindert, da sich alle elektrischen Bauteile, wie beispielsweise der Antrieb, im Inneraum oder einer am Innenraum angrenzenden Region des Seitenkanalverdichters befinden und somit gegen Flüssigkeit geschützt sind. Dadurch wird die Ausfallwahrscheinlichkeit des Seitenkanalverdichters reduziert und die Lebensdauer des Brennstoffzellensystems kann erhöht werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Bereich der Förderzelle und/oder des mindestens einen Seitenkanals vom Abscheideraum zumindest teilweise gekapselt, wobei sich der Abscheideraum insbesondere radial zur Drehachse zwischen dem äußeren Begrenzungsring und einem Gehäuse-Oberteil und/oder einem Gehäuse-Unterteil befindet. Auf diese Weise ist es möglich, dass bei einer Auskondensation oder Ausbildung von schweren Bestandteilen im gasförmigen

Medium diese Bestandteile aus dem Bereich der Förderzelle und/oder dem mindestens einen Seitenkanal in den Abscheideraum abgeführt werden können. Die Abführung der schweren Bestandteile erfolgt dabei über die durch die Rotation des Verdichterrades auf das gasförmige Medium ausgeübte Fliehkraft, durch die sich die schweren Bestandteile aus dem Bereich des mindestens einen Seitenkanals und/oder der Förderzelle in einer Abströmrichtung von der Drehachse weg zwischen einem Gehäuse und einem außenliegenden umlaufenden Ringbund hindurch zum gekapselten Abscheideraum bewegt. Ein Abströmen der schweren Bestandteile ist dabei nur bei einer Rotation des Verdichterrads möglich und auch nur in einer Richtung, insbesondere von der Förderzelle und/oder dem Seitenkanal in Richtung des Abscheideraums. Ein Rückströmen ist aufgrund der Spaltbreite zwischen dem Gehäuse und dem Verdichterrad, insbesondere dem außenliegenden Ringbund, nicht möglich. Dadurch lässt sich der Vorteil erzielen, dass eine Schädigung, insbesondere durch Korrosion, der Oberflächen des Seitenkanals und/oder der Förderzelle durch die schweren Bestandteile verhindert wird, was zu einer erhöhten Lebensdauer des gesamten Seitenkanalverdichters führt. Weiterhin bietet die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Seitenkanalverdichters den Vorteil, dass die Effizienz und der Wirkungsgrad des Brennstoffzel- lensystems erhöht werden kann, da zum Einen die unerwünschten schweren Bestandteile, bei denen es sich insbesondere nicht um Wasserstoff handelt und die nicht zur Energieerzeugung im Brennstoffzellensystems beitragen, aus dem System herausgeführt werden. Dadurch lässt sich der Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems steigern. Weiterhin lässt sich die Effizienz und der Wirkungsgrad des Seitenkanalverdichters steigern, da die schweren Bestandteile, insbesondere

Wasser und/oder Stickstoff, einen höheren Energieaufwand beim Fördern und/oder Verdichten durch den Seitenkanalverdichter bedeuten, insbesondere im Vergleich zu Wasserstoff, insbesondere beim Starten des Seitenkanalverdichters. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist das Verdichterrad am äußeren Begrenzungsring mindestens einen außenliegenden umlaufenden Ringbund auf, der insbesondere radial zur Drehachse verläuft. Dabei verläuft der außenliegende Ringbund auf der der Drehachse abgewandten Seite des äußeren Begrenzungsrings. Des Weiteren steht der mindestens eine außenliegende um- laufende Ringbund axial und/oder radial zur Drehachse mit dem Gehäuse-Oberteil und/oder dem Gehäuse-Unterteil in Anlage. Auf diese Weise kann zum Einen der Vorteil erzielt werden, dass eine zumindest teilweise Kapselung des mindestens einen Seitenkanals und/oder der Förderzelle zu einem äußeren Bereich im Gehäuse, insbesondere zu dem Abscheideraum erfolgt. Zum Anderen kann der Vorteil erzielt werden, dass durch den mindestens einen außenliegenden umlaufenden Ringbund, der axial und/oder radial zur zweiten Symetrieachse mit dem Gehäuse-Oberteil und/oder dem Gehäuse-Unterteil in Anlage steht, eine verbesserte Führung des Verdichterrades im Gehäuse erfolgt. Weiterhin wird dadurch erreicht, dass sich weniger Längs- und Querkräfte während des Seitenkanalver- dichterbetriebs einstellen und sich somit weniger schädliche Impulskräfte, wie beispielsweise Schläge auf das Verdichterrad, das Gehäuse, die Lager und einen Antrieb einstellen. Dadurch kann die Lebensdauer des gesamten Seitenkanalverdichters erhöht werden. Weiterhin können Geräuschemissionen aus dem Betrieb des Seitenkanalverdichters aufgrund der verbesserten Führung des Ver- dichterrades mittels des außenliegenden umlaufenden Ringbundes verbessert werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung steht der mindestens eine innenliegende umlaufende Ringbund axial und/oder radial zur Drehachse mit dem Gehäuse-Oberteil und/oder dem Gehäuse-Unterteil in Anlage. Des Weiteren steht auch der mindestens eine außenliegende umlaufende Ringbund axial und/oder radial zur Drehachse mit dem Gehäuse-Oberteil und/oder dem Gehäuse-Unterteil in Anlage. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass das Verdichterrades im Gehäuse besser geführt wird. Weiterhin werden sich dadurch weniger Längs- und Querkräfte während des Seitenkanalverdichterbetriebs einstellen und somit weniger schädliche Impulskräfte, wie beispielsweise Schläge auf das Verdichterrad, das Gehäuse, die Lager und den Antrieb einstellen. Dadurch kann die Lebensdauer des gesamten Seitenkanalverdichters erhöht werden. Weiterhin können Geräuschemissionen aus dem Betrieb des Seitenkanalverdichters aufgrund der verbesserten Führung des Verdichterrades mittels des außenliegenden umlaufenden Ringbundes verbessert werden.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung befindet sich auf der der Drehachse abgewandten Seite des gekapselten Abscheideraums im Gehäuse- Oberteil und/oder im Gehäuse-Unterteil und/oder zwischen dem Gehäuse-Oberteil und dem Gehäuse-Unterteil ein Abführungs- Kanal. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass die schweren Bestandteile, die aus dem Verdichterraum des Seitenkanalverdichters in den Abscheideraum abgeführt wurden, weiter heraus aus dem Gehäuse des Seitenkanalverdichters und dem Brennstoffzel- lensystem abgeführt werden, wodurch verhindert wird, dass ein Nachströmen der schweren Bestandteile in den Abscheideraum verhindert wird, da das Volumen des Abscheideraum vollständig gefüllt ist, was wiederum verhindern würde, dass weiterhin die schweren Bestandteile aus dem Verdichterraum abgeführt werden können. Dies bietet den Vorteil, dass eine Erhöhung des Wirkungsgrads des Sei- tenkanalverdichters und/oder des Brennstoffzellensystems über die gesamte Lebensdauer beibehalten werden kann. Weiterhin wird der Vorteil erzielt, dass durch das Herausleiten der schweren Bestandteile, wie flüssigem Wasser, aus dem Bereich des Verdichterraums verhindert wird, dass sich im abgeschalteten Zustand des Brennstoffzellensystems und bei niedrigen Umgebungstemperaturen sogenannte Eisbrücken zwischen den beweglichen Teilen, insbesondere dem Verdichterrad und dem Gehäuse, bilden. Derartige Eisbrücken würden ein ein Starten des Brennstoffzellensystems, insbesondere des Seitenkanalverdich- ters erschweren oder vollständig verhindern. Somit kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Seitenkanalverdichters eine Schädigung der rotierenden Teile des Seitenkanalverdichters und/oder eines Antriebs, insbesondere eines elektrischen Antriebs, aufgrund von Eisbrückenbildung, verhindert werden. Dies führt zu einer höheren Zuverlässigkeit des Brennstoffzellensystems und/oder des Fahrzeugs.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung befindet sich der Abführungs- Kanal am geodätisch tiefsten Punkt im Gehäuse-Oberteil und/oder im Gehäuse-Unterteil und/oder zwischen dem Gehäuse-Oberteil und dem Gehäuse-Unterteil, insbesondere in Wirkrichtung der Schwerkraft. Dabei verläuft der Abführungs- Kanal insbesondere geneigt in einem Winkel zur Drehachse. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass die schweren Bestandteile ohne weiteren Energieaufwand, insbesondere ohne weiteren Energieaufwand des Antriebs, aus dem Sei- tenkanalverdichter durch die Schwerkraft abgeführt werden können. Dies bietet den Vorteil, dass sich eine Erhöhung der Lebensdauer und des Wirkungsgrads des Seitenkanalverdichters ohne weiteren Energieaufwand und somit Betriebskosten erzielen lässt.

Da der Abführungs- Kanal in einem Winkel zur Drehachse geneigt verläuft, lässt sich der Vorteil erzielen, dass die Einbaulage des Seitenkanalverdichters im Brennstoffzellensystems und/oder im Fahrzeug in einem kegeligen Winkelbereich an die Anforderungen des Kunden angepasst werden kann. Die Ausrichtung des Abführungs- Kanals parallel zur Wirkrichtung der Schwerkraft kann dabei dann nachträglich im Gehäuse des Seitenkanalverdichters, insbesondere vom Abscheideraum weg, angepasst werden, indem den Abführungs- Kanal derart ins Gehäuse einbringt. Dies bietet den Vorteil, eine größere Varianz an Einbaulagen insbesondere in verschiedenen Brennstoffzellensystem und/oder Fahrzeugen mit dem gleichen Seitenkanalverdichter abdecken zu können, indem die Varianzanpassung nur durch die Einbringung des Abführungs- Kanals unter einem bestimmten Winkel in das Gehäuse realisiert werden kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.

Es zeigt:

Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Seiten- kanalverdichters,

Figur 2 einen in Figur 1 mit A-A bezeichneten Schnitt des Seitenkanalver- dichters in vergrößerter Darstellung,

Figur 3 eine Seitenansicht eines geschlossenen Verdichterrades mit V-förmigen Schaufelblättern und Förderzellen,

Figur 4 einen in Figur 3 mit C-C bezeichneten Schnitt des Verdichterrades und der Förderzellen mit einer Darstellung einer Schaufelblattgeometrie und einer Zirkulationsströmung in einem Seitenkanal,

Figur 5 einen in Figur 1 mit II bezeichneten Ausschnitt des erfindungsgemäßen Seitenkanalverdichters,

Figur 6 einen in Figur 5 mit III bezeichneten Ausschnitt eines Verdichterraums.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Der Darstellung gemäß Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch einen rotationssymmetrisch zu einer Drehachse 4 ausgebildeten erfindungsgemäß vorgeschlagenen Seitenkanalverdichter 1 in einer perspektivischen Darstellung 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. Das Gehäuse 3 umfasst ein Gehäuse-Oberteil 7 und ein Gehäuse-Unterteil 8, die miteinander verbunden sind, wobei zwischen dem Gehäuse-Oberteil 7 und dem Gehäuse-Unterteil 8 ein um die Drehachse 4 umlaufendes Dichtelement 31, insbesondere ein O-Ring, angeordnet ist. Das Dichtelement 31 bewirkt dabei eine Kapselung eines Verdichterraums 30 des Seitenkanalverdichters 1, insbesondere gegen Kontamination oder Feuchtigkeit von außen. Weiterhin ist das Verdichterrad 2 drehfest auf einer Antriebswelle 9 angeordnet und wird vom Gehäuse-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 Verdichterrad 2 eine umlaufende kreisförmige Naben-Scheibe 13 aus. Des Weiteren bildet das Verdichterrad 2 eine sich außenseitig an die Naben-Scheibe 13 anschlies- sende Förderzelle 28 aus. Diese Förderzelle 28 des Verdichterrades 2 verläuft umlaufend um die Drehachse 4 in dem umlaufenden Verdichterraum 30 des Gehäuses 3, wobei das Verdichterrad 2 und/oder die Förderzelle 28 am jeweiligen außenliegenden Umfang einen äußeren umlaufenden Begrenzungsring 11 aufweist, wobei insbesondere der äußere Begrenzungsring 11 die Förderzelle 28 an Ihrem äußeren um die Drehachse 4 umlaufenden Außendurchmesser begrenzt.

Weiterhin ist in Fig. 1 im Bereich der Förderzelle 28 die geschnittene Kontur eines Schaufelblattes 5 zu sehen. Dieses Schaufelblatt 5 weist in einer Drehrichtung 20 (siehe Fig. 2) des Verdichterrads 2 eine V-förmige Kontur auf, wobei das Schaufelblatt 5 zudem im Bereich eines inneren umlaufenden Begrenzungsrings 17 eine in Drehrichtung 20 vorauseilende Kontur und im Bereich des äußeren

Begrenzungsrings 11 eine in Drehrichtung 20 zurückgenommene Kontur aufweist. Dies ist zudem in den folgenden Fig. 3 und Fig. 4 detailliert gezeigt und beschrieben. Des Weiteren weist die Förderzelle 28 am jeweiligen innenliegenden Umfang den umlaufenden inneren Begrenzungsring 11 auf, der die Förder- zelle 28 an Ihrem inneren um die Drehachse 4 umlaufenden Innendurchmesser begrenzt. Des Weiteren wird in Drehrichtung 20 die jeweilige Förderzelle 28 von zwei Schaufelblättern 5 begrenzt, wobei eine Anzahl von Schaufelblättern 5 umlaufend um die Drehachse 4 am Verdichterrad 2 radial zur Drehachse 4 zwischen dem inneren Begrenzungsring 17 und dem äußeren Begrenzungsring 11 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 auf. Dabei verläuft der Seitenkanal 19 derart im Gehäuse 3 in Richtung der Drehachse 4, dass dieser axial zur Förderzelle 28 einseitig oder beidseitig verläuft. Der Seitenkanal 19 kann dabei zumindest in einem Teilbereich des Gehäuses 3 umlaufend um die Drehachse 4 verlaufen, wobei in dem Teilbereich, in dem der Seitenkanal 19 im Gehäuse 3 nicht ausgebildet ist, ein Unterbrecher-Bereich 15 im Gehäuse 3 ausgebildet ist (siehe Fig. 2).

Die Antriebswelle 9 ist mit einem Endabschnitt 23 axial zur Drehachse 4 zumindest kardanisch mit einem Antrieb 6 (nicht explizit dargestellt) verbunden. Dabei kann der Antrieb 6, insbesondere ein elektrischer Antrieb 6, als Drehantrieb 6 des Verdichterrades 2 dienen. Zudem befindet sich ein Lager 27 am Außen- Durchmesser der Antriebswelle 9 axial im Bereich zwischen dem Antrieb 6 und dem Verdichterrad 2, insbesondere zwischen dem Antrieb 6 und dem Naben- Fuß 12 des Verdichterrads 2. Die Antriebswelle 9 bildet einen Lager-Zapfen 36 axial zur Drehachse 4 auf Ihrer dem Antrieb 6 abgewandten Seite aus, wobei sich im Bereich des Lager-Zapfens 36 ein weiteres Lager 27 befindet. In einer möglichen Ausführungsform weist die Antriebswelle 9 Absätze auf, die in axialer Richtung 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 des Antriebswelle 9 insbesondere verkleinert, im Vergleich zum größeren Wellendurchmesser-Bereich, in dem die Antriebswelle 9 mit dem Verdichterrad 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 Seitenkanal- verdichters 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.

Das Gehäuse 3 bildet zudem eine erste Seitenwand 18 und eine zweite Seitenwand 25 aus, zwischen denen sich axial zur Drehachse 4 die Naben-Scheibe 13 des Verdichterrads 2 befindet. Dabei befindet sich insbesondere die erste Seitenwand 18 im Gehäuse-Unterteil 8 und die zweite Seitenwand 25 befindet sich im Gehäuse-Oberteil 7. 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, fluidisch miteinander verbunden.

Vom Antrieb 6 wird ein Drehmoment über Antriebswelle und die Verdichterrad- Nabe 10 auf das Verdichterrad 2 übertragen. Dabei wird das Verdichterrad 2 in Rotationsbewegung versetzt und die Förderzelle 28 bewegt sich in einer Rotationsbewegung umlaufend um die Drehachse 4 durch den Verdichterraum 30 im Gehäuse 3 in Richtung einer Drehrichtung 20 (siehe Fig. 2). 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 statt. Des Weiteren ist der Seitenkanalverdichter 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 unverbrauchte Rezirkulationsmedium aus einer Brennstoffzelle handelt, über die Gas- Einlassöffnung 14 in den Verdichterraum 30 des Seitenkanalverdichters 1 ein und/oder wird dem Seitenkanalverdichter 1 zugeführt und/oder wird aus dem Bereich, der der Gas- Einlassöffnung 14 vorgelagert ist, angesaugt. Dabei wird das gasförmige Medium nach erfolgtem Durchlauf durch die Gas-Auslassöffnung 16 des Seitenkanalverdichters 1 abgeleitet und strömt insbesondere in einer Ausströmrichtung 41 zum Brennstoffzellensystems 37.

Des Weiteren ist in Fig. 1 dargestellt, dass ein Abführungs- Kanal 46 im Gehäuse 3 befindet. In dem gezeigten Ausführungbeispiel des Seitenkanalverdichters 1 Ist dieser Abführungs- Kanal 46 in einem schrägen Winkel zur Drehachse 4 im Gehäuse-Oberteil 7 angeordnet. Der Abführungs- Kanal 46 kann sich jedoch auch in einem anderen Ausführungsbeispiel des Seitenkanalverdichters 1 im Gehäuse-Unterteil 8 oder zwischen dem Gehäuse-Oberteil 7 und dem Gehäuse-Unterteil 8 befinden.

Weiterhin ist in Fig. 1 dargestellt, dass sich auf der der Drehachse 4 zugewandten Seite des inneren Begrenzungsrings 17 ein zumindest teilweise gekapselter Innenraum 44 befindet. Dieser gekapselte Innenraum 44 befindet sich im Gehäuse 3, insbesondere im umlaufenden Bereich zwischen der Drehachse 4 und dem Verdichterraum 30. Dabei ist weiterhin der Bereich der Förderzelle 28 und/oder des mindestens einen Seitenkanals 19 vom Innenraum 44 zumindest teilweise gekapselt, wobei sich der Innenraum 44 insbesondere radial zur Drehachse 4 zwischem dem inneren Begrenzungsring 17 und der Drehachse 4 befindet. Dabei befinden sich die Bauteile Lager 27, die Naben-Scheibe 13 des Verdichterrades 2 und zumindest teilweise die Antriebswelle 9 im Innenraum 44 des Gehäuses 3.

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- Einlassöffnung 14 zur Gas-Auslassöffnung 16 in Drehrichtung 20 die Verdichtung und/oder der Druck und/oder die Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Mediums in der Förderzelle, insbesondere in den Förderzellen 28 des Verdichterrades 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 Auströmrichtung 41, insbesondere in Richtung einer Strahlpumpe des 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 befindert und die Druckseite im Bereich der Gas-Auslassöffnung 16 befindet. Fig. 2 zeigt einen in Fig. 1 mit A-A bezeichneten Schnitt des Seitenkanalverdich- ters 1 in vergrößerter Darstellung bei dem das Gehäuse-Unterteil 8, die Gas-Einlassöffnung 14, die Gas-Auslassöffnung 16, ein Unterbrecher-Bereich 15, der Seitenkanal 19, die Drehrichtung 20 (des nicht dargestellten Verdichterrades 2) und das umlaufende Dichtelement 31 dargestellt sind.

Wie in Fig. 2 dargestellt befindet sich der Unterbrecher-Bereich 15 umlaufend um die Drehachse 4 im Gehäuse 3 insbesondere zwischen der Gas- Einlassöffnung 14 und der Gas-Auslassöffnung 16. Das gasförmige Medium wird durch das Ver- dichterrad 2 gefördert und/oder strömt dabei von der Gas- Einlassöffnung 14 zur

Gas-Auslassöffnung 16 und durchströmt dabei, zumindest teilweise, den Seitenkanal 19.

In Fig. 3 ist eine Seitenansicht des Verdichterrades 2 mit V-förmigen Schaufel- blättern 5 und Förderzellen 28 gezeigt. Das Verdichterrad 2 ist dabei durch den umlaufenden äußeren Begrenzungsring 11 als geschlossenes Verdichterrad 2 ausgebildet. In dem gezeigten Ausführungbeispiel des Seitenkanalverdichters 1 weist das Verdichterrades 2 eine Vielzahl an V-förmigen Schaufelblättern 5 auf, wobei jeweils zwei V-förmigen Schaufelblättern 5 eine Förderzelle 28 in Drehrich- tung 20 begrenzen. Die Schaufelblätter 5 weisen dabei im Bereich des inneren

Begrenzungsrings 17 eine in Drehrichtung 20 vorauseilende Kontur und im Bereich des äußeren Begrenzungsrings 11 eine in Drehrichtung 20 zurückgenommene Kontur auf.

Fig. 4 zeigt einen in Fig. 3 mit C-C bezeichneten Schnitt des Verdichterrades 2 und der Förderzellen 28, insbesondere der Schaufelblätter 5, mit einer Darstellung einer Schaufelblattgeometrie und einer Zirkulationsströmung 24 in dem Seitenkanal 19 und einem Bereich der Förderzelle 28, wobei hier der Verdichter- räum 30 in einer Draufsicht dargestellt wird. Dabei ist gezeigt, dass die Schaufelblätter 5 in Drehrichtung 20 jeweils eine symetrische V-förmige Kontur aufweisen, wobei die symetrische V-förmige Kontur der Schaufelblätter 5 zwischen zwei Öffnungen 32a, b in Richtung der Drehachse 4 verläuft und wobei die geöffnete Seite der symetrischen V-förmigen Kontur in die Drehrichtung 20 des Verdichter- rads 2 gerichtet ist. Die Symetrie der V-förmigen Kontur der Schaufelblätter 5 wird dabei symetrisch durch eine erste Symetrieachse 50 gespiegelt, wobei die erste Symetrieachse 50 parallel zur Drehrichtung 20 des Verdichterrades 2 und orthogonal zur Drehachse 4 verläuft. Zudem ist dargestellt, dass der Seitenkanal 19 radial zur ersten Symetrieachse 50 zum Einen durch das Gehäuse-Unterteil 8 begrenzt und zum anderen durch die Öffnung 32a der Förderzelle 28 des Verdichterrads 2 begrenzt ist.

Sobald das Verdichterrad 2 mittels des Antriebs 6 aus einer Stillstandsposition in Drehrichtung 20 in Rotationsbewegung versetzt wird, drückt eine jeweilige Stirnseite 38 der Schaufelblätter 5 das sich in der Förderzelle 28 befindliche gasförmige Medium, insbesondere Wasserstoff, in Drehrichtung 20 vom Bereich der Gas- Einlassöffnung 14 zum Bereich der Gas-Auslassöffnung 16, wobei eine Beschleunigung und/oder Verdichtung des gasförmigen Mediums erfolgt. Dabei wird das gasförmige Medium zum Einen durch die Stirnseite 38 des jeweiligen Schaufelblattes 5 nach vorne in Richtung der Drehrichtung 20 gedrückt und zum Anderen durch die Geometrie des Schaufelblattes, insbesondere mittels zwei Führungskonturen, von der ersten Symetrieachse 50 weg gedrückt. Dabei wird das gasförmige Medium in Drehrichtung 20 aus der Förderzelle 28 von der ersten Symetrieachse 50 in den jeweiligen Seitenkanal 19 gedrückt, wobei das gasförmige Medium in die Zirkulationsströmung 24 versetzt wird und wobei das mit einer Geschwindigkeit aus der Förderzelle 28 ausströmende gasförmige Medium im Seitenkanal 19 auf ein stillstehendes gasförmiges Medium trifft. Das gasförmige Medium strömt dabei einer Strömungsrichtung 26. Dabei findet ein Impulsaustausch zwischen den beiden Medien statt und es wird durch das in eine Zirkluationsströmung 24 versetzte gasförmige Medium Energie durch Impulsaustausch auf einen Förderstrom, wobei es sich insbesondere um das sich im Seitenkanal 19 befindliche stillstehende gasförmige Medium handelt, übertragen. Hierbei erfolgt die Umwandlung von Geschwindigkeitenergie in Druckenergie. Die Energieübertragung findet dabei auf der gesamten Länge des umlaufenden Seitenkanals 19 mehrfach statt und ist von der Anzahl der Schaufelblätter 5 und Förderzellen 28 abhängig. Somit ist ein großer Energieübertrag zwischen dem in der Förderzelle 28 befindlichen gasförmigen Medium und dem im Seitenkanal 19 befindlichen gasförmigen Medium möglich und ein Druckaufbau erfolgt linear über den Umfang durch Impulsaustausch. Durch den umlaufenden Begrenzungs- rung 11 kann dieser Effekt der Energieübertragung und der Seitenkanalverdich- tung erhöht werden und der Wirkungsgrad des gesamten Seitenkanalverdichters 1 verbessert werden, da nun verhindert wird, dass ein Großteil des gasförmigen Medium radial zur Drehachse 4 aus den Förderzellen 28 zu einem Teil des Ge- häuses 3 abströmt, in dem kein Seitenkanal 19 ausgebildet ist und somit Energie der Zirkulationsströmung 24 verloren geht, da das gasförmige Medium in diesem Bereich nicht im Seitenkanal 19 befindlichen Bereich nur Reibungs- und Wärmeverluste mit dem Gehäuse 3 generiert. Diese Verluste können durch die Ausführung des Seitenkanalverdichters 1 mit dem äußeren Begrenzungsring 11 (siehe Fig. 3) komplett verhindert werden, wodurch sich der Wirkungsgrad und die Fördereffizienz des Seitenkanalverdichters 1 steigern lässt.

Des Weiteren ist gezeigt, dass auf jeweils einer der Drehrichtung 20 abgewandten Rückseite 40 der mindestens zwei Schaufelblätter 5 jeweils mindestens eine Fase 35 ausgebildet ist, wobei die mindestens eine Fase 35 insbesondere auf dem mindestens einer Öffnung 32a, b zugewandten Ende des jeweiligen Schaufelblatts 5 verläuft. Mittels dieser Fase 35 lassen sich die Stömungseigenschaften des Seitenkanalverdichters 1 verbessern, insbesondere beim Wiedereinströmen des gasförmigen Mediums, welches in die Zirkulationsströmung 24 versetzt wurde, aus dem Seitenkanal 19 zurück in die Förderzelle 28. Beim Wiedereinströmen des gasförmigen Mediums vom Seitenkanal 19 in die Förderzelle kann es beim Vorbeiströmen des gasförmigen Medium an der Rückseite 40 und dem dem Seitenkanal 19 zugewandten Bereichs des Schaufelblatts 5 zu einer Wirbelbildung und/oder einem Strömungsabriss kommen. Dies ist dadurch begründet, dass sich zwischen der Rückseite 40 und dem dem Seitenkanal 19 zugewandten

Bereichs des Schaufelblatts 5, bei dem eine nahezu rechtwinklige Kante ausgebildet ist, die Auftretenswahrscheinlichkeit von Wirbelbildungen und/oder eines Strömungsabrissen des gasförmigen Medium erhöht wird, was wiederum zu einem verminderten Wirkungsgrad der Zirkulationsströmung 24 und somit des Sei- tenkanalverdichters 1 führt. Dies ist dadurch begründet, dass ein Bereich an der

Rückseite 40 des Schaufelblattes entsteht, in dem das gasförmige Medium nahezu stillsteht und einen geringen Druck aufweist, und ein Bereich auf der dem Seitenkanal 19 zugewandten Stirnfläche des Schaufelblatts 5 entsteht, in dem das gasförmige Medium eine hohe Stömungsgeschwindigkeit und einen hohen Druck aufweist. Durch die Ausbildung der Fasen 35 kann dieser negative Effekt reduziert werden, wodurch sich die Effizienz der Zirkulationsströmung 24 und des Seitenkanalverdichters 1 verbessern lässt.

An der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Seitenkanalverdichters 1 mit dem mindestens einen Seitenkanal 19 ist zudem vorteilhaft, dass bei einem Ausfall des Seitenkanalverdichters 1 weiterhin das gasförmige Medium durch den Seitenkanal 19 strömen kann, auch wenn das Verdichterrad 2 stillsteht und somit nicht die Gefahr besteht, dass die Förderung durch das Brennstoffzellensystem 37 aufgrund eines ausgefallenen Seitenkanalverdichters 1 vollständig zum Erliegen führt.

In Fig. 5 ist ein in Fig. 1 mit II bezeichneter Ausschnitt des erfindungsgemäßen Seitenkanalverdichters 1 gezeigt, der das Verdichterrad 2, das Gehäuse-Oberteil 7 und das Gehäuse-Unterteil 8 aufweist. Dabei weist das Verdichterrad 2 den inneren Begrenzungsring 17 auf, der den Bereich der Förderzellen 28 radial nach innen begrenzt. Zudem weist das Verdichterrad 2 den äußeren Begrenzungsring 11 auf, der den Bereich der Förderzellen 28 radial nach außen begrenzt. Der innere Begrenzungsring 17 und der äußere Begrenzungsring 11 verlaufen dabei rotationssymetrisch zur Drehachse 4 um das und/oder in dem Verdichterrad 2.

Des Weiteren weist das Verdichterrad 2 im Bereich des inneren Begrenzungsrings 17 mindestens einen innenliegenden umlaufenden Ringbund 42a, b auf, der insbesondere zumindest annähernd radial zur Drehachse 4 verläuft und der auf der der Drehachse 4 zugewandten Seite des inneren Begrenzungsrings 17 verläuft. Der mindestens eine innenliegende Ringbund 42a, b steht zudem axial und/oder radial zur Drehachse 4 mit dem Gehäuse-Oberteil 7 und/oder dem Gehäuse-Unterteil 8 in Anlage. Im Bereich des äußeren Begrenzungsrings 11 weist das Verdichterrad 2 mindestens einen außenliegenden umlaufenden Ringbund 48a, b auf, der insbesondere zumindest annähernd radial zur Drehachse 4 verläuft und der auf der der Drehachse 4 abgewandten Seite des äußeren Begrenzungsrings 11 verläuft. Vorteilhaft ist dabei, dass durch den äußeren Begrenzungsring 11 und/oder den mindestens einen Ringbund 48a, b verhindert wird, dass sich das gasförmige Medium inklusive auftretender schwerer Bestandteile aus dem Bereich eines Abscheideraums 34 in den Bereich des Seitenkanal 19 und/oder der Förderzelle 28 bewegt und somit eine zumindest teilweise Kapselung erzielt wird. Dadurch wird weiterhin verhindert, dass das gasförmige Medium inklusive auftretender schwerer Bestandteile in den Innenraum 44 des Seitenka- nalverdichters 1 vordringen kann und somit die Bauteile Antrieb 6 und/oder Lager 27 und/oder Antriebswelle 9 schädigt. 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 elektrische oder weichmagnetischen Bauteile des Antriebs 6 führen. Dies kann den Betrieb des gesamten Seitenkanalverdichters 1 einschränken und sogar zu einem Ausfall führen.

Indem das Verdicherrad 2 mit dem mindestens einen außenliegenden umlaufenden Ringbund 48a, b und/oder dem mindestens einen innenliegenden Ringbund 42a, b mit dem Gehäuse-Oberteil 7 und/oder dem Gehäuse-Unterteil 8 in Anlage steht kann eine verbesserte Führung des Verdichterrades 2 im Gehäuse 3, insbesondere im Bereich der Förderzellen 28, erzielt werden. Dies ist bei auftretenden Stößen und Schlägen während des Betriebs des Seitenkanalverdichters 1, beispielsweise aufgrund von Druckspitzen oder auftretendem Staudruck im Brennstoffzellensystem 37, vorteilhaft. Dadurch kann die Belastung der Lager 27 und/oder des Antriebs 6 reduziert werden, da schon eine Großteil der im Betrieb des Seitenkanalverdichters 1 auftretenden Stoßkräfte, Axialkräfte und Radialkräfte über die jeweiligen Ringbünde 42a, b, 48a, b in das Gehäuse 3 abgeführt werden kann.

Zudem ist in Fig. 5 gezeigt, dass das Verdichterrad 2 eine Verbindungsbohrung

21 aufweist, die radial zur Drehachse 4 durch wenigstens ein Schaufelblatt 5 verläuft. Des Weiteren ist eine zweite Symetrieachse 22 gezeigt, die orthogonal zur Drehachse 4 und symetrisch mittig durch die Schnittgeometrie des Schaufelblatts 5 verläuft, wobei die zweite Symetrieachse 22 insbesondere die Spiegelachse der Schnittgeometrie darstellt. Dabei verläuft die Verbindungsbohrung 21 radial zur Drehachse 4 und verbindet den Inneraum 44 mit dem zumindest teilweise gekapselten Abscheideraum 34. Die Verbindungsbohrung 21 verläuft dabei axial zur zweiten Symetrieachse 22, wobei insbesondere die zweiten Symetrieachse

22 die Mittellinie der Verbindungsbohrung 21 darstellt. Der gekapselte Abscheideraum 34 befindet sich auf der der Drehachse 4 abgewandten Seite des äußeren Begrenzungsrings 11 wobei sich der Abscheideraum 34 inbesondere radial zur Drehachse 4 zwischen dem äußeren Begrenzungsring 11 und dem Gehäuse-Oberteil 7 und/oder dem Gehäuse-Unterteil 8 befindet.

Weitherhin ist der Abscheideraum 34 zumindest teilweise umlaufend um die Drehachse 4 zwischen dem Gehäuse 3 und dem äußeren Begrenzungsring 11 ausgebildet. Durch die Ausbildung dieses Abscheideraums 34 ist es möglich, dass die schweren Bestandteile aus dem gasförmigen Medium abgeführt werden können und in diesem Abscheideraum 34 gesammelt werden. Die schweren Bestandteile werden somit aus dem Bereich des mindestens einen Seitenkanals 19 und der Förderzelle 28 abgeleitet und im Bereich des Abscheideraums 34 gesammelt. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausführung des Seitenkanalverdich- ters 1 mit der radialen Verbindungsbohrung 21 kann zudem das gasförmige Me- dium und/oder desssen schwere Bestandteile, die in den Bereich des Innenraums 44 des Seitenkanalverdichters 1 vordringen konnten, aus dem Innenraum 44 zum Abscheideraum 34 abgeführt werden. Bei diesen schweren Bestandteilen des gasförmigen Mediums kann es sich beispielsweise um unerwünschte Abfallprodukt und/oder Nebenprodukte aus dem Betrieb des Brennstoffzellensys- tems 37 handeln, wie beispielsweise Stickstoff oder Wasser. Durch das Abführen der schweren Bestandteile kann die Förder- und Verdichtungswirkung des Seitenkanalverdichters 1 erhöht werden, da der Anteil des zu fördernden gasförmigen Medium, insbesondere Wasserstoff, das für die Stomerzeugung, beispielsweise in einem Brennstoffzellenstapel, benötigt wird, in der Förderzelle 28 und dem Seitenkanal 19 erhöht wird. Dadurch lässt sich der Wirkungsgrad des Seitenkanalverdichters 1 erhöhen, da keine für den Betrieb unerwünschten schweren Bestandteile mitgefördert werden müssen. Durch die Anordnung der Verbindungsbohrung 21 als radial zur Drehachse 4 und durch wenigstens eines der Schaufelblätter 5 des Verdichterrads 2 verlaufende Verbindungsbohrung 21 kann zudem der Effekt der Zentrifugalkraft beim Ableiten der schweren Bestandteile genutzt werden. Dieser Zentrifugalkrafteffekt ergibt sich bei einer Rotation des Verdichterrades 2, wobei die Zentrifugalkraft radial von der Drehachse 4 nach außen gerichtet ist und dabei aufgrund des Eigengewichts der schweren Bestandteile des zu fördernden gasförmigen Mediums wirkt. Dabei werden die im Innenraum 44 des Seitenkanalverdichters befindlichen schweren Bestandteile aufgrund der Zentrifugalkraft durch die Verbindungsbohrung 21 vom Innenraum 44 zum Abscheideraum 34 gedrängt. Die Verbindungsbohrung 21 verläuft zudem vollständig durch das jeweilige Schaufelblatt 5 des Verdichterrads 2 und wird dabei vollständig vom Material des Schaufelblatts 5 umschlossen.

Vorteilhaft ist es hierbei, dass durch die Wirkung der Schwerkraft und/oder Zentrifugalkraft auf die im Abscheideraum 34 gesammelten schweren Bestandteile des gasförmigen Mediums ein selbstständges Ableiten durch den Abführungs- Kanal 46 nach außen erfolgt, ohne dass eine weitere Maßnahme wie beispielsweise ein mechanisches Abpumpen erfolgt. Auch wird der Effekt des automatische Ableitens der schweren Bestandteile durch den Abführungs- Kanal 46 aufgrund der Schwerkraft und/oder Zentrifugalkraft nach außen dadurch verstärkt, dass beim Betrieb des Seitenkanalverdichters 1 weiterhin schwere Bestandteile in den Abscheideraum 34 nachströmen und dadurch die schon befindlichen schweren Bestandteile durch den Abführungs- Kanal 46 herausdrücken. Dadurch wird das Risiko einer Beschädigung der rotierenden Bauteile, insbesondere des Verdichterrads 2 oder der Lager 27, reduziert. Diese Beschädigung kann dadurch verursacht werden, dass verbleibende schwere Bestandteile, wie beispielsweise Wasser, im abgeschalteten Zustand des Brennstoffzellensystems 37 und bei niedrigen Umgebungstemperaturen zu einer Eisbrückenbildung führen, die diese Bauteile bei einem Starten des Seitenkanalverdichters 1 beschädigen können. Diese Beschädigung wird durch das Herausleiten der schweren Bestandteile über den Abführungs-Kanal 46 verhindert.

Das Schaufelblatt 5 weist zudem mindestens eine Öffnung 32 der Förderzelle 28 auf, wobei in dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel des Seitenkanalverdichters 1 zwei Öffnungen 32a, b gezeigt sind. Dabei weist die Förderzelle 28 die zwei Öffnungen 32a, b radial zur zweiten Symetrieachse 22 auf. Des Weiteren ist in Fig. 5 gezeigt, dass sich im Bereich der Öffnung 32a, b der Förderzelle 28 jeweils die Gas- Einlassöffnung 14 oder die Gas- Auslassöffnung 16 befinden kann, je nach Drehposition des Verdichterrades 2 in der Drehrichtung 20.

Weiterhin ist in Fig. 5 gezeigt, dass sich auf der der Drehachse 4 abgewandten Seite des gekapselten Abscheideraums 34 im Gehäuse-Oberteil 7 und/oder im Gehäuse-Unterteil 8 und/oder zwischen dem Gehäuse-Oberteil 7 und dem Gehäuse-Unterteil 8 der Abführungs- Kanal 46 befindet. Der Abführungkanal 46 ist dabei am geodätisch tiefsten Punkt im Gehäuse-Oberteil 7 und/oder im Gehäuse-Unterteil 8 und/oder zwischen dem Gehäuse-Oberteil 7 und dem Ge- häuse- Unterteil 8 angeordnet, insbesondere in Wirkrichtung der Schwerkraft, wobei der Abführungs- Kanal 46 insbesondere in einem Winkel zur Drehachse 4 geneigt verläuft.

Im Betrieb des Seitenkanalverdichters 1 kann es im Bereich des Seitenkanals 19 und/oder der Förderzelle 28 zur Bildung von flüssigen Wassers durch Auskondensation aus dem gasförmigen Medium kommen. Durch die Rotation des Verdichterrades 2 und der Förderzelle 28 wird dabei das Wasser und/oder andere schwere Bestandteile wie beispielsweise Stickstoff zusammen mit dem gasförmigen Medium in Drehrichtung 20 beschleunigt und in Bewegung versetzt. Dabei wirken höhere Zentrifugalkräft radial zur Drehachse 4 auf das Wasser als auf das gasförmige Medium, wodurch es zu einer Fliehkraftabscheidung kommt und sich das Wasser in Abströmrichtung V vom Seitenkanal 19 zwischen dem Gehäuse 3 und dem außenliegenden Ringbund 48a, b des Verdichterrads 2 hindurch zum Abscheideraum 34 bewegt. Zusätzlich zum schweren Bestandteil Wasser kön- nen auch weitere schwere Bestandteile, wie beispielsweise Stickstoff abgeführt werden. Vorteilhafterweise befindet sich am geodätisch tiefsten Punkt des Abscheideraums 34 der zusätzliche Abführungs- Kanal 46 der wiederum an einen Wasserabscheider des Brennstoffzellsystems 37 angeschlossen werden könnte um somit das flüssige Wasser aus dem Seitenkanalverdichter 1 abzuleiten.

Die Einbaulage des Seitenkanalverdichters 1 im Fahrzeug aufgrund der Anforderungsvarianz in unterschiedlichen Fahrzeugen und unterschiedlichen Anwendungen ist dabei weitestgehend unerheblich, da die Lage und der Verlauf des Abführungs-Kanal 46 nahezu frei derart in das Gehäuse 3 eingebracht werden kann dass der Abführungs- Kanal 46 immer in Wirkrichtung der Schwerkraft verläuft.

Dadurch ist gewährleisten, dass eine größtmögliche Varianz an Einbaulagen insbesondere in verschiedenen Brennstoffzellensystemen 37 und/oder Fahrzeugen und/oder Kunden abgedeckt werden kann, indem man die Varianzanpassung nur durch die Einbringung des Abführungs- Kanals 46 unter einem bestimmten Win- kel in das Gehäuse 3 realisiert. Dabei muss jedoch die genau Einbaulage des Seitenkanalverdichters 1 im Fahrzeug vor der Fertigung und Montage bekannt sein, da der Abführungs- Kanal 46 vor der Montage der Bauteile des Seitenkanalverdichters 1 in das Gehäuse 3 maschinell eingebracht wird. Zudem dürfen im Verlaufsbereich des Abführungs- Kanals 46 im Seitenkanalverdichter 1 und der Bauteilperipherie des Seitenkanalverdichters am Brennstoffzellensystem 37 keine funktionalen Element oder Bauteile vorgesehen sein, wie beispielsweise weitere Kanäle im Gehäuse 3 des Seitenkanalverdichters, die durch den Verlaufsbereich des Abführungs- Kanals 46 beinträchtigt würden. Dabei kann die Position und der Vektor und/oder der Verlauf des Abführungs- Kanals 46 im Ge- häuse 3 auf zwei Arten derart angepasst werden kann, dass sich eine größtmögliche Varianz an Einbaulagen des Seitenkanalverdichters ergibt, während der Verlauf des Abführungs- Kanals 46, unabhängig von der Einbaulage des Seitenkanalverdichters 1, fortwährend in Wirkrichtung der Schwerkraft verläuft:

Zum Einen kann der Abführungs- Kanal 46 umlaufend um die Drehachse 4 am gekapselten Abscheideraum 34 im Gehäuse 3 nahezu frei positioniert werden, je nachdem, wie vollständig umlaufend der Abscheideraum 34 um die Drehachse 4 zwischen dem Gehäuse 3 und dem äußeren Begrenzungsring 11 ausgebildet ist. Zum Anderen kann der Winkel zur Drehachse 4, mit dem der Abführungs- Kanal 46 vom Abscheideraum 34 weg durch das Gehäuse 3 verläuft, in einem Winkel- nereich von nahezu 0° bis 180° angeordnet werden, insbesondere in einem Bereich von 30° bis 150°.

Fig. 6 zeigt einen in Fig. 5 mit III bezeichneten Ausschnitt des Verdichterraums 30 mit dem Verdichterrad 2 und dem Gehäuse 3. Das Gehäuse 3 kann dabei entweder als Gehäuse-Oberteil 7 oder als Gehäuse- Unterteil 8 ausgebildet sein.

Zudem sind die Bereiche des Seitenkanals 19 und der Förderzelle 28 gezeigt, die sich zwischen dem Gehäuse 3 und dem Verdichterrad 2 ausbilden. Des Weiteren ist der Abscheideraum 34 dargestellt, der zwischen dem äußeren Begrenzungsring 11 des Verdichterrads 2 und dem Gehäuse 3 ausgebildet ist.

Dabei ist in Fig. 6 gezeigt, dass der Bereichs des Seitenkanals 19 und/oder der Förderzelle 28 vom Abscheideraum 34 zumindest teilweise gekapselt ist, insbesondere mittels des äußeren Begrenzungsrings 11 und/oder des mindestens einen außenliegenden Ringbunds 48. Aufgrund dieser zumindest teilweisen Kap- seiung wird verhindert, dass die gesammelten schweren Bestandteile aus dem Abscheideraum 34 zwischen dem Gehäuse 3 und dem Verdichterrad 2 in den Bereich des Seitenkanals 19 oder der Förderzelle 28 strömen, insbesondere zurückströmen, können. Wie in Fig. 6 gezeigt ist jedoch ein zumindest begrenztes Abströmen in die andere Richtung, insbesondere in einer Abströmrichtung V, möglich, wobei die schweren Bestandteile aus dem Bereich des Seitenkanals 19 und/oder der Förderzelle 28 zwischen dem Verdichterrad 2, insbesondere dem außenliegenden Ringbund 48a, b, und dem Gehäuse 3 hindurchströmt zum Abscheideraum 34. Dabei strömen nur die schweren Bestandteile in Abströmrichtung V aus dem Seitenkanals 19 und/oder der Förderzelle 28 zum Abscheideraum 34 ab, da dieses Abströmen aufgrund von Zentrifugalkräften bei einem Betrieb des Seitenkanalverdichters 1 und einer Rotation des Verdichterrades 2 erfolgt. Die Zentrifugalkraft wirkt dabei nur auf die schweren Bestandteile des gasförmigen Mediums stark genug, nicht jedoch den Wasserstoff der relativ leicht ist, um diese schweren Bestandteile durch den Spalt zwischen Gehäuse 3 und Verdichterrad 2 in Abströmrichtung V hindurch zum Abscheideraum 34 zu drücken. Dabei strömen die schweren Bestandteile durch die Drehbewegung des Verdichterrads 2 begünstigt, zwischen dem außenliegenden umlaufenden Ringbund 48 des Verdichterrads 2 und dem Gehäuse 3 hindurch zum Abscheideraum, da hierbei eine Relativbewegung zwischen dem außenliegenden Ringbund 48 und dem Gehäuse 3 vorliegt. Da diese Zentrifugalkraft jedoch nicht auf die schweren Bestandteile im Bereich des Abscheideraums 34 wirkt, da diese schweren Bestandteile sich nicht in Bewegung, insbesondere Rotationsbewegung, befinden und sich der Abscheideraum 34 radial zur Drehachse 4 außerhalb des Seitenkanals 19 und/oder der Förderzelle 28 befindet, wird ein Rückströmen aus dem Abscheideraum 34 in den mindestens einen Seitenkanal 19 und/oder die Förderzelle 28 verhindert. Ein Abströmen der schweren Bestandteile aus dem Bereich der Förderzelle 28 und/oder des Seitenkanals 19 ist aufgrund der Spaltbreite zwischen dem Verdichterrad 2 und dem Gehäuse 3 bei einem inaktivem Seitenkanalver- dichter 1, insbesondere bei einem stillstehenden Verdichterrad 2 nicht möglich, da in diesem Zustand keine oder nur sehr geringe Fliehkräfte auf die schweren Bestandteile wirken.

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.