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Title:
SIDE CHANNEL COMPRESSOR FOR A FUEL CELL SYSTEM FOR CONVEYING AND/OR COMPRESSING A GASEOUS MEDIUM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/166147
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 gaseous medium, in particular hydrogen, comprising: a housing (3) and a drive (6), the housing (3) having a housing upper part (7) and a housing lower part (8); a compressor chamber (30), which extends circumferentially around an axis of rotation (4) in the housing (3) and has at least one circumferential side channel (19, 21); a compressor wheel (2), which is located in the housing (3) and is arranged for rotation about the axis of rotation (4) and is driven by the drive (6), the compressor wheel (2) having, on the periphery thereof, blades (5) arranged in the region of the compressor chamber (30); and a gas inlet opening (14) and a gas outlet opening (16), which are both formed on the housing (3) and are fluidically connected to each other by means of the compressor chamber (30), in particular the at least one side channel (19, 21), the at least one side channel (19, 21) having an interrupter region (15), the housing (3) having, in the interrupter region (15), a divider (25) extending through the at least one side channel (19, 21), the divider (25) in question forming an encapsulating separating region (47) together with the compressor wheel (2) axially with respect to the axis of rotation (4) by means of a surface pairing. According to the invention, a further flow connection (18), in particular a bypass flow connection, between the gas inlet opening (14) and the gas outlet opening (16) is established by the side channel compressor (1) at least at times and/or depending on the operating state. In particular, said bypass flow connection (18) is formed at least approximately directly between the gas inlet opening (14) and the gas outlet opening (16).

Inventors:
WESSNER, Jochen (Katharinenstr. 63, Esslingen, 73728, DE)
KATZ, Martin (Otto-Herrmann-Weg 26, Stuttgart, 70469, DE)
Application Number:
EP2019/050996
Publication Date:
September 06, 2019
Filing Date:
January 16, 2019
Export Citation:
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Assignee:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)
International Classes:
F04D23/00; F04D27/00
Foreign References:
DE19958064A12000-06-21
US3356034A1967-12-05
DE2223762A11973-11-29
EP1591666A12005-11-02
DE102015000264A12016-07-21
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Claims:
Ansprüche

1. Seitenkanalverdichter (1) für ein Brennstoffzellensystem (37) zur Förde rung und/oder Verdichtung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, mit einem Gehäuse (3) und einem Antrieb (6), wobei das Gehäuse (3) ein Gehäuse-Oberteil (7) und ein Gehäuse-Unterteil (8) aufweist, mit einem in dem Gehäuse (3) umlaufend um eine Drehachse (4) verlaufenden Verdichterraum (30), der mindestens einen umlaufen den Seitenkanal (19, 21) aufweist, mit einem in dem Gehäuse (3) befind lichen Verdichterrad (2), das drehbar um die Drehachse (4) angeordnet ist und durch den Antrieb (6) angetrieben wird, wobei das Verdichterrad (2) an seinem Umfang im Bereich des Verdichterraums (30) angeord nete Schaufelblätter (5) aufweist und mit jeweils einer am Gehäuse (3) ausgebildeten Gas- Einlassöffnung (14) und einer Gas-Auslassöffnung (16), die über den Verdichterraum (30), insbesondere den mindestens einen Seitenkanal (19, 21), fluidisch miteinander verbunden sind, wobei der mindestens eine Seitenkanal (19, 21), einen Unterbrecher-Bereich (15) aufweist, wobei das Gehäuse (3) im Unterbrecher-Bereich (15) ei nen durch den mindestens einen Seitenkanal (19, 21) verlaufenden Steg (25) aufweist, wobei der jeweilige Steg (25) mit dem Verdichterrad (2) axial zur Drehachse (4) einen kapselnden Trennungsbereich (47) mittels einer Flächenpaarung ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Strömungsverbindung (18), insbesondere eine By-Pass-Strö- mungsverbindung (18), zwischen der Gas- Einlassöffnung (14) und der Gas-Auslassöffnung (16) zumindest zeitweise und/oder betriebszu- stands-abhängig vom Seitenkanalverdichter (1) hergestellt wird, wobei diese By-Pass-Strömungsverbindung (18) insbesondere zumindest an nähernd direkt zwischen der Gas- Einlassöffnung (14) und der Gas-Aus- lassöffnung (16) ausgebildet wird.

2. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die By-Pass-Strömungsverbindung (18) durch ein Wegbewe gen des jeweiligen Stegs (25) aus dem Unterbrecherbereichs (15) aus gebildet wird, wodurch der kapselnde Trennungsbereich (47) zwischen dem Verdichterrad (2) und dem Gehäuse (3) aufgehoben wird.

3. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) das Gehäuse-Oberteil (7) und das Ge häuse-Unterteil (8) aufweist, wobei das Gehäuse-Unterteil (8) die Gas- Einlassöffnung (14) und die Gas-Auslassöffnung (16) aufweist, und wo bei sich ein scheibenförmiges Element (11) zwischen dem Verdichterrad (2) und dem Gehäuse-Unterteil (8) in Richtung der Drehachse (4) befin det, wobei das scheibenförmige Element (11) umlaufend um die Dreh achse (4) ausgebildet ist, wobei das scheibenförmige Element (11) um die Drehachse (4) drehbar auf einem Naben- Fuß (12) einer Verdichter- rad-Nabe (10) und/oder auf einer Antriebswelle (9) gelagert ist.

4. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich das scheibenförmiges Element (11) zwischen dem Verdichterrad (2) und dem Gehäuse-Oberteil (7) in Richtung der Dreh achse (4) befindet, wobei das scheibenförmige Element (11) umlaufend um die Drehachse (4) ausgebildet ist, wobei das scheibenförmige Ele ment (11) um die Drehachse (4) drehbar auf dem Naben- Fuß (12) der Verdichterrad- Nabe (10) und/oder auf der Antriebswelle (9) gelagert ist.

5. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das scheibenförmige Element (11) mindestens einen Seitenkanal (19, 21) aufweist, wobei dieser in Richtung der Drehachse (4) auf der dem Verdichterrad (2), insbesondere einem Schaufelblatt (5), zugewandten Seite des scheibenförmigen Elements (11) ausgebildet ist und/oder dass das scheibenförmige Element (11) den Steg (25) ausbil det.

6. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine scheibenförmige Element (11) im Bereich des mindestens einen Seitenkanals (19, 21) axial zur Drehachse (4) ver laufend eine erste Bohrung (40) und/oder eine zweite Bohrung (42) und/oder eine dritte Bohrung (44) aufweist, wobei der Steg (25) zwi schen der ersten Bohrung (40) und der zweiten Bohrung (42) ausgebil det ist.

7. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das scheibenförmige Element (11) in einer ersten Drehstellung derart positioniert ist, dass sich die erste Bohrung (40) mit der Gas-Aus- lassöffnung (16) überdeckt und dass sich die zweite Bohrung (42) mit der Gas- Einlassöffnung (14) überdeckt, wobei die dritte Bohrung (44) auf der dem Verdichterrad (2) abgewandten Öffnung durch das Gehäuse- Oberteil (8) verdeckt ist.

8. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das scheibenförmige Element (11) in einer zweiten Drehstel lung derart positioniert ist, dass sich die zweite Bohrung (42) mit der Gas-Auslassöffnung (16) überdeckt und sich die dritte Bohrung (44) mit der Gas- Einlassöffnung (14) überdeckt, wobei die erste Bohrung (40) auf der dem Verdichterrad (2) abgewandten Öffnung durch das Gehäuse- Oberteil (8) verdeckt ist.

9. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das scheibenförmige Element (11) durch ein Federelement (35) mit einer Rückstellkraft beaufschlagt wird, wobei die Rückstellkraft das scheibenförmige Element (11) in einer ersten Drehrichtung (20) in die zweite Drehstellung positioniert, wobei die erste Drehrichtung (20) um die Drehachse (4) verläuft.

10. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (35) als eine Spiralfeder (35) ausgebildet ist, wobei sich die Spiralfeder (35) zwischen dem Gehäuse-Unterteil (8) und dem scheibenförmigen Element (11) befindet.

11. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (35) als eine Schraubenfeder (35) ausgebil det ist, wobei sich die Schraubenfeder (35) radial zur Drehachse (4) in einer Öffnung des Gehäuses (3) befindet, wobei die Schraubenfeder (35) in einer ersten Richtung über einen Stift (45) derart auf das schei benförmige Element (11) wirkt, dass das scheibenförmige Element (11) mit einer Rückstellkraft beaufschlagt wird, wobei sich die Schraubenfe der (35) in einer zweiten Richtung an einer ins Gehäuse (3) einge schraubten Einstellschraube (43) abstützt.

12. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die auf das scheibenförmige Element (11) wirkende Rückstell kraft mittels der Einschraubtiefe der Einstellschraube (43) und der dadurch resultierenden veränderten Federvorspannkraft der Schrauben feder (35) änderbar ist.

13. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drehstellung des scheibenförmigen Elements (11) bei einem eingeschalteten Seitenkanalverdichter (1) vorliegt, insbeson dere wenn sich das Verdichterrad (2) in einer Rotationsbewegung um die Drehachse (4) befindet.

14. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Drehstellung des scheibenförmigen Elements (11) bei einem abgeschalteten Seitenkanalverdichter (1) vorliegt, insbeson dere wenn sich das Verdichterrad (2) im Stillstand befindet.

15. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das scheibenförmige Element (11) mittels einer Beaufschla gung einer ersten Wirkfläche (32) mit dem durch das rotierende Verdich terrad (2) verursachten Druck im jeweiligen Seitenkanal (19, 21) in der ersten Drehstellung gehalten wird, insbesondere entgegen der Rück stellkraft, wobei sich die erste Wirkfläche (32) insbesondere in dem dem Unterbrecher-Bereich (15) in einer ersten Strömungsrichtung (24) zuge wandten Seite des Seitenkanals (19, 21) befindet.

16. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das scheibenförmige Element (11) mittels einer Beaufschla gung einer zweiten Wirkfläche (34) mit dem durch das im Saugbetrieb von außen einströmende und durch die By-Pass-Strömungsverbindung (18) strömende gasförmige Medium verursachten Druck in der zweiten Drehstellung gehalten wird, wobei sich die zweite Wirkfläche (34) insbe sondere in dem dem Unterbrecher-Bereich (15) in der ersten Strö mungsrichtung (24) abgewandten Seite des Seitenkanals (19, 21) befin det.

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 Brennstoff- zellensystem 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 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 A1 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 A1 bekannte Seitenkanalverdichter jeweils eine am Ge häuse ausgebildeten 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 A1 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 bei einem stillste henden 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

Bezugnehmend auf Anspruch 1 wird ein Seitenkanalverdichter vorgeschlagen, bei dem eine weitere Strömungsverbindung, insbesondere eine By-Pass-Strö- mungsverbindung, zwischen einer Gas- Einlassöffnung und einer Gas -Auslassöff nung zumindest zeitweise und/oder betriebszustands-abhängig vom Seitenkanal verdichter hergestellt wird, wobei diese By-Pass-Strömungsverbindung insbeson dere zumindest annähernd direkt zwischen der Gas- Einlassöffnung und der Gas- Auslassöffnung ausgebildet wird. Auf diese Weise lässt sich eine verbesserte Durchströmung aufgrund eines geringeren Strömungswiderstands durch den Sei- tenkanalverdichter beim Stillstand eines Verdichterrads erzielen, wodurch der Seitenkanalverdichter einen verringerten Strömungswiderstand, insbesondere eine Drosselung der Strömung, in einem Brennstoffzellensystem ausbildet.

Dadurch lässt sich der Vorteil erzielen, dass sich der Wirkungsgrad und/oder die Förderrate des gesamten Brennstoffzellensystems verbesseren lässt. Da sich die By-Pass Strömungsverbindung zudem annähernd direkt zwischen der Gas-Ein lassöffnung und der Gas-Auslassöffnung befindet, kann der Vorteil erzielt wer den, dass die Länge, insbesondere die Leitungslänge, die das gasförmige Me dium durch den Seitenkanal durchströmen muss, weitaus kürzer ist. Dadurch lässt sich der Strömungswiderstand des Seitenkanalverdichters bei einer geöff neten By-Pass Strömungsverbindung reduzieren, insbesondere im Vergleich zu einem Seitenkanalverdichter, der keine By-Pass Strömungsverbindung aufweist. Da die weitere Strömungsverbindung, insbesondere die By-Pass Strömungsver- bindung, zeitweise und/oder betriebszustandsabhängig hergestellt werden kann, lässt sich eine optimale Einbindung des Seitenkanalverdichters in das Brennstoff- zellensystem unabhängig vom eingeschalteten oder ausgeschalteten Zustand und/oder dem Betriebszustand der Brennstoffzelle erzielen. Dabei kann bei- spielsweise der Seitenkanalverdichter bei einem bestimmten Betriebszustand des Brennstoffzellensystems abgeschaltet werden, insbesondere wenn nur mit- tels einer Strahlpumpe durch das Brennstoffzellensystem gefördert wird, wäh- rend die By-Pass Strömungsverbindung geöffnet wird. Bei einem weiteren Be- triebszustand kann der Seitenkanalverdichter zugeschaltet werden, insbesondere wenn ein hohes Fördervolumen im Brennstoffzellensystem erzielt werden soll. In dem Fall wird die By-Pass Strömungsverbindung geschlossen, so dass das gas- förmige Medium mittels der Schaufelblätter des Verdichterrads durch die Seiten- kanäle eines Verdichterraums in einer ersten Strömungsrichtung gefördert wird und der Seitenkanalverdichter das Fördervolumen des gasförmigen Mediums im Brennstoffzellensystem erhöht. Ein weiterer Vorteil, der sich auf diese Weise er- zielen lässt, ist die kompakte Bauweise des Seitenkanalverdichters, da die By- Pass Strömungsverbindung bei gleichem Bauraum in den Seitenkanalverdichter integriert werden kann und keine Bauteile außerhalb des Bauraums des Seiten- kanaverdichter notwendig sind.

Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die By-Pass-Strömungsverbindung durch ein Wegbewegen eines jeweiligen Stegs aus einem Unterbrecherbereich ausgebildet, wodurch ein kapselnder Trennungsbereich zwischen dem Verdich terrad und einem Gehäuse aufgehoben wird. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass ein effizientes und schnelles Ausbilden der By-Pass-Strö- mungsverbindung möglich ist, indem nur ein jeweiliger Steg aus dem Unterbre cherbereich wegbewegt werden muss. Dadurch lässt sich ein schnelles An sprechverhalten des Seitenkanalverdichters auf die wechselnden Betriebszu stände des Brennstoffzellensystems mittels des Ausbildens der By- Pass-Strö mungsverbindung erzielen wodurch sich der Wirkungsgrad des gesamten Brenn stoffzellensystems verbessern lässt. Des Weiteren muss nur eine geringe Ener- giemmenge eingesetzt werden, um die By-Pass-Strömungsverbindung ausbilden zu können, wodurch die Betriebskosten des Brennstoffzellensystems gesenkt werden können, insbesondere bei einem häufigen wechselnden Betriebszustand des Brennstoffzellensystems, bei welchem ein häufiges Einschalten und Aus schalten des Seitenkanalverdichters durchgeführt werden muss. Dadurch lassen sich die Betriebskosten des gesamten Brennstoffzellensystems reduzieren. Zu dem kann auf diese Weise der Vorteil erzielt werden, dass ein schnelles An sprechverhalten der By-Pass Strömungsverbindung ermöglicht wird, so dass die By-Pass Strömungsverbindung mit einem minimalen Zeitaufwand geöffnet oder geschlossen werden kann, sobald der Seitenkanalverdichter, abhängig vom Be triebszustand des Brennstoffzellensystems eingeschaltet oder ausgeschaltet wird. Dadurch lässt sich eine optimale Strömungsanpassung des Seitenkanalver dichters je nach Betriebszustand im Brennstoffzellensystem erzielen, wodurch der Wirkungsgrad und/oder die Zuverlässigkeit des Brennstoffzellensystems und/oder des Fahrzeugs erhöht werden kann.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist das Gehäuse ein Ge häuse-Oberteil und ein Gehäuse-Unterteil auf, wobei das Gehäuse-Unterteil die Gas- Einlassöffnung und die Gas-Auslassöffnung aufweist, und wobei sich ein scheibenförmiges Element zwischen dem Verdichterrad und dem Gehäuse-Un terteil in Richtung einer Drehachse befindet, wobei das scheibenförmige Element umlaufend um die Drehachse ausgebildet ist, wobei das scheibenförmige Ele ment um die Drehachse drehbar auf einem Naben-Fuß einer Verdichterrad-Nabe und/oder auf einer Antriebswelle gelagert ist. Weiterhin befindet sich das schei benförmige Element zwischen dem Verdichterrad und dem Gehäuse-Oberteil in Richtung der Drehachse, wobei das scheibenförmige Element umlaufend um die Drehachse ausgebildet ist, wobei das scheibenförmige Element um die Dreh achse drehbar auf dem Naben-Fuß der Verdichterrad-Nabe und/oder auf der An triebswelle gelagert ist. Auf diese Weise lässt sich eine kompakte Bauweise des Seitenkanalverdichters mit dem integrierten scheibenförmigen Element erzielen. Es werden zudem keine weiteren Bauteile benötigt, um das scheibenförmige Ele ment drehbar im Gehäuse zu lagern. Die Ausführung des Gehäuses mit einem separaten Gehäuse-Oberteil und Gehäuse-Unterteil bietet den Vorteil einer schnellen und somit kostengünstigen Montage des Seitenkanalverdichters, ins besondere indem die inneliegenden Bauteile, wie Verdicherrad und/oder schei benförmiges Element vormontiert werden können, bevor das Gehäuse-Oberteil und das Gehäuse-Unterteil mteinander verbunden, insbesondere verschraubt werden. Durch die drehbare Lagerung des scheibenförmigen Elements auf dem Naben-Fuß der Verdichterrad-Nabe und/oder der Antriebswelle kann eine schnelle und energieeffiziente Ausbildung der By-Pass-Strömungsverbindung si chergestellt werden, wodurch sich das Ansprechverhalten der By-Pass-Strö- mungsverbindung verbessern lässt und sich die Betriebskosten des Brennstoff zellensystems reduzieren lassen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das jeweilige scheibenförmige Element mindestens einen Seitenkanal auf, wobei dieser in Richtung der Dreh achse auf der dem Verdichterrad, insbesondere einem Schaufelblatt, zugewand ten Seite des scheibenförmigen Elements ausgebildet ist und/oder dass das scheibenförmige Element den Steg ausbildet. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass die strömungsrelevanten Elemente, insbesondere der Sei tenkanal und/oder der Steg, vom Gehäuse, insbesondere vom Gehäuse-Oberteil und vom Gehäuse-Unterteil, zumindest teilweise in das mindestens eine schei benförmige Element verlagert werden. Dadurch lässt zum einen eine kompakte Bauweise des Seitenkanalverdichters und der Bauteile Gehäuse-Oberteil, Ge häuse-Unterteil und scheibenförmiges Element erzielen. Auf diese Weise kann zudem der Vorteil erzielt werden, dass nur das jeweilige scheibenförmige Ele ment aus einem Material besteht, das gegenüber dem zu fördernden Medium unempfindlich, beispielweise unempfindlich gegenüber Korrosion und/oder ge genüber Wasserstoffversprödung ist. Für das Gehäuse, insbesondere das Ge häuse-Oberteil und/oder das Gehäuse-Unterteil, kann nun ein günstigeres Mate rial verwendet werden. Gegebenenfalls muss jedoch jeweils die im Gehäuse, ins besondere im Gehäuse-Oberteil und/oder im Gehäuse-Unterteil, ausgebildete Gas- Einlassöffnung und Gas-Auslassöffnung mit einem Einsatz versehen wer den, der jeweils aus einem Material besteht, dass nicht durch das zu fördernde Medium geschädigt werden kann. Dadurch lassen sich die Materialkosten des Gehäuses reduzieren, wodurch sich wiederum die Produktkosten des gesamten Seitenkanalverdichters reduzieren lassen.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung weist das mindestens eine scheibenförmige Element im Bereich des mindestens einen Seitenkanals axial zur Drehachse verlaufend eine erste Bohrung und/oder eine zweite Bohrung und/oder eine dritte Bohrung auf, wobei der Steg zwischen der ersten Bohrung und der zweiten Bohrung ausgebildet ist. Weiterhin ist das scheibenförmige Ele ment in einer ersten Drehstellung derart positioniert, dass die erste Bohrung sich mit der Gas-Auslassöffnung überdeckt und dass die zweite Bohrung sich mit der Gas- Einlassöffnung überdeckt, wobei die dritte Bohrung auf der dem Verdichter rad abgewandten Öffnung durch das Gehäuse-Oberteil verdeckt ist. Dabei ist das scheibenförmige Element in einer zweiten Drehstellung derart positioniert, dass die zweite Bohrung sich mit der Gas-Auslassöffnung überdeckt und die dritte Bohrung sich mit der Gas- Einlassöffnung überdeckt, wobei die erste Boh- rung auf der dem Verdichterrad abgewandten Öffnung durch das Gehäuse-Ober teil verdeckt ist. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass mittels eines geringen Energieaufwands die By-Pass-Strömungsverbindung zwischen der Gas- Einlassöffnung und der Gas-Auslassöffnung ausgebildet werden kann. Da bei muss das scheibenförmige Element, das auf dem Naben- Fuß der Verdichter- rad-Nabe und/oder auf der Antriebswelle gelagert ist, nur um ein geringes Maß um die Drehachse gedreht werden muss, um von der ersten Drehstellung in die zweite Drehstellung bewegt zu werden. In der ersten Drehstellung ist der Seiten kanalverdichter dabei eingeschaltet so dass mittels des rotierenden Verdichter- rads das gasförmige Medium aktiv durch den Seitenkanalverdichter und die den mindestens einen Seitenkanal des Seitenkanalverdichters in der ersten Strö mungsrichtung gefördert wird. Die erste Bohrung des scheibenförmigen Ele ments liegt dabei über der Gas-Auslassöffnung des Gehäuses, die zweite Boh rung des des scheibenförmigen Elements liegt dabei über der Gas- Einlassöff nung des Gehäuses und die dritte Bohrung des scheibenförmigen Elements ist durch das Gehäuse verdeckt und somit verschlossen. Sobald sich der Betriebs zustand des Brennstoffzellensystems nun derart ändert, dass eine aktive Förde rung des gasförmigen Mediums durch den Seitenkanalverdichter nicht mehr vor teilhaft ist, wird das scheibenförmige Element gedreht und in der zweiten Dreh stellung positioniert, so dass die zweite Bohrung des scheibenförmigen Elements über der Gas-Auslassöffnung des Gehäuses liegt. Des Weiteren liegt die dritte Bohrung des des scheibenförmigen Elements über der Gas- Einlassöffnung des Gehäuses und die erste Bohrung des scheibenförmigen Elements wird durch das Gehäuse verdeckt und ist somit verschlossen. Dadurch wird die By-Pass-Strö- mungsverbindung geöffnet und das gasförmige Medium kann den Seitenkanal verdichter nur noch in einer zweiten Strömungsrichtung durch die By-Pass-Strö- mungsverbindung durchströmen. Zum Öffnen oder Schließen der By-Pass-Strö- mungsverbindung muss das scheibenförmigen Elements um die Drehachse ge dreht werden. Dadurch kann der Vorteil erzielt werden, dass eine schnelles und energieeffizientes Öffnen und Schüßen der By-Pass-Strömungsverbindung si chergestellt werden kann, je nach dem Betriebszustand des Brennstoffzellensys tems. Dadurch lässt sich das Ansprechverhalten der By- Pass-Strömungsverbin dung verbessern und die Betriebskosten des Brennstoffzellensystems können reduziert werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung liegt die zweite Drehstellung des scheiben förmigen Elements bei einem abgeschalteten Seitenkanalverdichter vor, insbe sondere wenn sich das Verdichterrad im Stillstand befindet. Dabei wird das scheibenförmige Element durch ein Federelement mit einer Rückstellkraft beauf schlagt, wobei die Rückstellkraft das scheibenförmige Element in einer ersten Drehrichtung in die zweite Drehstellung positioniert, wobei die erste Drehrichtung um die Drehachse verläuft. Das Federelement kann dabei in einer beispielhaften Ausführungsform als eine Spiralfeder ausgebildet sein, wobei sich die Spiralfeder dabei zwischen dem Gehäuse-Unterteil und dem scheibenförmigen Element be findet. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das Federelement als eine Schraubenfeder ausgebildet sein, wobei sich die Schraubenfeder radial zur Drehachse in einer Öffnung des Gehäuses befindet. Dabei wirkt die Schrau benfeder in einer ersten Richtung über einen Stift derart auf das scheibenförmige Element, dass dieses mit einer Rückstellkraft beaufschlagt wird, wobei sich die Schraubenfeder in einer zweiten Richtung an einer ins Gehäuse eingeschraubten Einstellschraube abstützt. Dabei kann die auf das scheibenförmige Element wir kende Rückstellkraft mittels der Einschraubtiefe der Einstellschraube und der dadurch resultierenden veränderten Federvorspannkraft der Schraubenfeder ver ändert werden. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass das schei benförmige Element immer mittels der Federkraft in eine derartige Grundstellung zurückbewegt wird, dass die By-Pass-Strömungsverbindung geöffnet ist. Dies bietet den Vorteil, dass bei einem Ausfall des Seitenkanalverdichters, beispiels weise bei einem Kurzschluss im Seitenkanalverdichter, bei dem nur die Kompo nente Seitenkanalverdichter im Brennstoffzellensystem nicht mehr mit Strom ver sorgt wird, der Seitenkanalverdichter nun automatisch die By-Pass-Strömungs- verbindung ausbildet, da die Federkraft unanbhängig von einer Strömungsversor gung das scheibenförmige Element in der zweiten Drehstellung positioniert.

Auf diese Weise ist es bei einem Ausfall des Seitenkanalverdichters, insbeson dere bei einem Stillstand des Verdichterrads, möglich, dass das Federelement das scheibenförmige Element in eine Position bewegt, bei der die By-Pass-Strö- mungsverbindung geöffnet ist. Somit lässt sich der Strömungswiderstand des Seitenkanalverdichters in unbestromten Zustand reduzieren, so dass nahezu kein nennenswerter Strömungswiderstand beim Durchströmen des gasförmigen Mediums durch die By-Pass-Strömungsverbindung auftritt. Dadurch lassen sich die Betriebskosten des Brennstoffzellensystems reduzieren. Durch die Ausführung des Federelements als Schraubenfeder lässt sich eine kompakte Bauweise des Seitenkanalverdichters erzielen, da die Schraubenfeder ohne eine Vergrößerung und/oder Änderung des Gehäuses in den Seitenkanal verdichter integriert werden kann. Weiterhin kann durch die Einstellmöglichkeit des Federelements mittels der Einstellschraube im Gehäuse der Vorteil erzielt werden, dass die Rückstellkraft des scheibenförmigen Elements in die Grundstel lung im Seitenkanalverdichter auf die jeweiligen Betriebszustände, wie beispiels weise vorherrschender Druck und/oder Volumenstrom, im Brennstoffzellensys tem optimal angepasst werden kann.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausbildung liegt die erste Drehstellung des scheibenförmigen Elements bei einem eingeschalteten Seitenkanalverdichter vor, insbesondere wenn sich das Verdichterradin einer Rotationsbewegung um die Drehachse befindet. Dabei wird das scheibenförmige Element mittels einer Beaufschlagung einer ersten Wirkfläche mit dem durch das rotierende Verdich terrad verursachten Druck in der ersten Drehstellung gehalten, insbesondere ent gegen der Rückstellkraft, wobei sich die erste Wirkfläche insbesondere in dem dem Unterbrecher-Bereich in der ersten Strömungsrichtung zugewandten Seite des Seitenkanals befindet. Darüber hinaus kann das scheibenförmige Element mittels einer Beaufschlagung einer zweiten Wirkfläche mit dem durch das im Saugbetrieb von außen einströmenden und durch die By- Pass-Strömungsverbin dung strömende gasförmige Medium verursachten Druck in der zweiten Drehstel lung gehalten werden, insbesondere zusätzlich zur schon wirkenden Rückstell kraft durch das Federelement. Dabei befindet sich die zweite Wirkfläche in dem dem Unterbrecher-Bereich in der ersten Strömungsrichtung abgewandten Seite des Seitenkanals. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass bei ei nem Start des Seitenkanalverdichters, bei dem sich die By- Pass-Strömungsver bindung aufgrund des sich in der zweiten Drehstellung befindlichen scheibenför migen Elements befindet, das Verdichterrad in Bewegung versetzt wird. Dabei wird bei der Drehung des Verdichterrads in einer zweiten Drehrichtung das gas förmige Medium im Bereich von Förderzellen des Verdichterrads und des min destens einen Seitenkanals verdichtet, wodurch sich ein Druck im Bereich der ersten Wirkfläche des Seitenkanals des scheibenförmigen Elements ausbildet. Mittels diesen Drucks auf die erste Wirkfläche wird eine um die Drehachse wir kende Rotatio ns kraft auf das scheibenförmige Element in der zweiten Drehrich tung erzeugt, die der Rückstellkraft, die insbesondere in Richtung der ersten Drehrichtung wirkt, entgegengesetzt verläuft. Mit einer stetig zunehmenden Dreh zahl des Verdichterrads vergrößert sich der Druck auf die erste Wirkfläche und somit die Rotationskraft, bis das scheibenförmige Element in der zweiten Dreh richtung gedreht wird und in der ersten Drehstellung positioniert und/oder gehal ten und/oder in eine Endstellung kommt. Dabei wirkt die durch das Verdichterrad verursachte Rotationskraft, insbesondere durch die Druckbeaufschlagung der ersten Wirkfläche, der mittels einer Beaufschlagung der zweiten Wirkfläche mit dem durch das im Saugbetrieb von außen einströmende und durch die By-Pass- Strömungsverbindung strömende gasförmige Medium verursachten Druck und der durch das Federelement wirkenden Rückstellkraft entgegen, wobei die durch das Verdichterrad verursachte Rotationskraft höher ist, als die Ihr entgegenge setzt wirkenden Kräft. Dies bietet den Vorteil, dass sich bei einem Einschalten des Seitenkanalverdichters, insbesondere wenn dies durch den Betriebszustand des Brennstoffzellensystems vorteilhaft ist, das Verdichterrad in Rotations ver setzt wird und dadurch das scheibenförmige Element derart indirekt durch die Rotation des Verdichterrads und den Druckaufbau im mindestens einen Seiten kanal in der zweiten Drehrichtung gedreht wird, dass sich die By-Pass-Strö- mungsverbindung schließt und sich die reguläre Strömungsverbindung des Sei tenkanalverdichters ausbildet, bei dem sich das scheibenförmige Element in der ersten Drehstellung befindet. Dabei strömt das gasförmige Medium durch die Gas- Einlassöffnung und weiter durch die zweite Bohrung des scheibenförmigen Elements von wo es weiter in der ersten Strömungsrichtung durch den mindes tens einen Seitenkanal strömt, bis es die erste Bohrung des scheibenförmigen Elements erreicht. Von dort strömt das gasförmige Medium von der ersten Boh rung in die Gas-Auslassöffnung zurück ins Brennstoffzellensystem. Dabei wird das gasförmige Medium durch die Rotation des Verdichterrads verdichtet und be schleunigt, wobei der Seitenkanalverdichter das gasförmige Medium fördert. Dies bietet den Vorteil, dass der Seitenkanalverdichter automatisch die für den Betrieb des Brennstoffzellensystmes erforderliche und für den Wirkungsgrad des Brenn stoffzellensystems optimale Strömungsverbindung herstellt und hierzu keine wei tere Sensorik und/oder Aktorik im Seitenkanalverdichter und oder im Brennstoff zellensystem installiert werden muss. Dadurch können die Bauteilkosten redu ziert werden, wodurch die Produktkosten des Seitenkanalverdichters und/oder des Brennstoffzellensystem reduziert werden können. Zudem kann der Wir kungsgrad des Brennstoffzellensystems verbessert werden unabhängig vom je weiligen Betriebszustand. 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 scheibenförmigen Element.

Figur 3 einen in Figur 2 mit A-A bezeichneten Schnitt des Seitenkanalver dichters in vergrößerter Darstellung, wobei das scheibenförmige Ele ment in einer ersten Drehstellung positioniert ist

Figur 4 einen in Figur 2 mit A-A bezeichneten Schnitt des Seitenkanalver dichters in vergrößerter Darstellung, wobei sich das scheibenförmige Element in einer zweiten Drehstellung positioniert ist

Figur 5 einen in Figur 2 mit A-A bezeichneten Schnitt des Seitenkanalver dichters in vergrößerter Darstellung, wobei das Federlement als eine in das Gehäuse integrierte Schraubenfeder ausgebildet ist

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Der Darstellung gemäß Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch einen rotationssymmet risch zu einer Drehachse 4 ausgebildeten erfindungsgemäß vorgeschlagene Sei tenkanalverdichter 1 zu entnehmen.

Der Seitenkanalverdichter 1 weist dabei ein Verdichterrad 2 auf, das insbeson dere als geschlossenes scheibenartiges Verdichterrad 2 ausgebildet ist und um die horizontal verlaufenden Drehachse 4 drehbar in einem Gehäuse 3 gelagert ist. Dabei dient ein Antrieb 6, insbesondere ein elektrischer Antrieb 6, als Dreh- antrieb 6 des Verdichterrads 2. Der Antrieb 6 ist dabei insbesondere als ein Axi alfeld- 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 anschlies sende Förderzelle 28 aus. Diese Förderzelle 28 des Verdichterrades 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 aufweisen. Des Weiteren wird die jeweilige Förderzelle 28 in Rotati onsrichtung des Verdichterrads 2 von zwei Schaufelblättern 5 begrenzt, wobei eine Anzahl von Schaufelblättern 5 umlaufend um die Drehachse 4 am Verdich terrad 2 radial zur Drehachse 4 angeordnet sind. Zwischen dem Gehäuse 3 und dem Antrieb 6 kann zudem ein zweites umlaufendes Dichtelement 31, insbeson dere ein O-Ring, angeordnet sein. Das zweite Dichtelement 31 bewirkt dabei eine Kapselung der elektrische Bauteile des Antriebs 6 gegen Kontamination o- der Feuchtigkeit 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 ein 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 eindringen kann. Zum anderen wird durch die Dichtung 23 zum anderen der Bereich inner halb des Gehäuses 3 gegen Kontamination oder Feuchtigkeit von außen gekap selt. 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 axialer Richtung zu beiden Wellen-Enden hin verlaufen, ausgehend von Ihrem Außendurchmesser-Bereich, auf den das Verdichterrad 2 aufgebracht ist. Im Be reich 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 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 in Richtung einer ersten Drehrichtung 20 (siehe Fig. 2). Dabei wird ein schon im Verdichterraum 30 befindliches gasförmiges Medium durch die För derzelle 28 mitbewegt und dabei gefördert und/oder verdichtet. Zudem findet eine Bewegung des gasförmigen Mediums, insbesondere ein Strömungsaus tausch, zwischen der Förderzelle 28 und dem mindestens einen Seitenkanal 19, 21 statt. Des Weiteren ist der Seitenkanalverdichter 1 über die Gas- Einlassöff nung 14 und die Gas-Auslassöffnung 16 mit einem Brennstoffzellensystem 37 verbunden, wobei das gasförmige Medium, bei dem es sich insbesondere um ein unverbrauchte Rezirkulationsmedium aus einer Brennstoffzelle 39 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-Auslassöff- nung 16 des Seitenkanalverdichters 1 abgeleitet und strömt insbesondere in ei ner Ausström richtung 41 zum Brennstoffzellensystems 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 Verdichterrades 2 und in den Seitenkanälen 19. Dabei wird das gasför mige Medium nach erfolgtem Durchlauf durch die Gas-Auslassöffnung 16 des Seitenkanalverdichters 1 abgeleitet und strömt in Auströmrichtung 41, insbeson dere in Richtung einer Strahlpumpe 41 des Brennstoffzellensystems 37, aus. Durch den Unterbrecher-Bereich 15 wird eine Trennung einer Druckseite und ei ner Saugseite bewirkt, wobei sich die Saugseite im Bereich der Gas- Einlassöff nung 14 befindert und die Druckseite im Bereich der Gas-Auslassöffnung 16 be findet. In Fig. 2 ist eine schematische Schnittansicht des Seitenkanalverdichters 1 mit mindestens einem scheibenförmigen Element 11, wobei sich das scheibenför mige Element 11 in Richtung der Drehachse 4 zwischen dem Verdichterrad 2 und dem Gehäuse-Oberteil 7 und/oder dem Verdichterrad 2 und dem Gehäuse- Unterteil 8 befindet. Dabei ist das mindestens eine scheibenförmige Element 11 umlaufend um die Drehachse 4 ausgebildet, wobei das mindestens eine schei benförmige Element 11 um die Drehachse 4 drehbar auf dem Naben-Fuß 12 der Verdichterrad-Nabe 10 und/oder auf der Antriebswelle 9 gelagert ist. Das Ge häuse-Oberteil 7 und das Gehäuse-Unterteil 8, sind dabei beispielsweise mittels einer Verschraubung 48 miteinander verbunden sind.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel befindet sich ein erstes scheibenförmi ges Element 11a zwischen dem Verdichterrad 2 und dem Gehäuse-Unterteil 8 in Richtung der Drehachse 4, so wie in Fig. 2 dargestellt. Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel kann sich ein weiteres scheibenförmiges Element 11b (nicht dargestellt in Fig. 2) zwischen dem Verdichterrad 2 und dem Gehäuse-Oberteil 7 in Richtung der Drehachse 4 befinden. Dabei ist auch dieses zweite scheibenför mige Element 11b um die Drehachse 4 drehbar auf dem Naben-Fuß 12 der Ver- dichterrad-Nabe 10 und/oder auf der Antriebswelle 9 gelagert. Dabei weist das jeweilige scheibenförmige Element 11 mindestens einen Seitenkanal 19, 21 auf, wobei dieser in Richtung der Drehachse 4 auf, der dem Verdichterrad 2, insbe sondere dem Schaufelblatt 5, zugewandten Seite des scheibenförmigen Ele ments 11 ausgebildet ist. Dabei weisen beide scheibenförmigen Elemente 11a, b jeweils mindestens einen Seitenkanal 19, 21 und im Unterbrecher-Bereich 15 je weils einen Steg 25 auf, wodurch zum einen zwischen dem Verdichterrad 2 und dem Gehäuse-Unterteil 8 und zum anderen zwischen dem Verdichterrad 2 und dem Gehäuse-Oberteil 7 jeweils mittels des Stegs 25 ein kapselnder Trennungs bereich 47 ausgebildet wird. Durch den jeweiligen Steg 25 wird eine fluidische Trennung des jeweiligen Seitenkanals 19, 21 bewirkt, insbesondere in dem Be reich zwischen der Gas- Einlassöffnung 14 und der Gas-Auslassöffnung 16.

In Fig. 2 ist zudem dargestellt, dass sich ein Federelement 35 im Gehäuse 3 be findet. Das Federelement 35 kann dabei im Bereich zwischen dem Gehäuse-Un terteil 8 und dem Verdichterrad 2 angeordnet ist. Dabei wird durch das Federel- ment 35 eine Kraft auf das scheibenförmige Element 11 ausgeübt, insbesondere eine Vorspannkraft, die eine Rotation des scheibenförmigen Elements 11 um die Drehachse 4 bewirkt. Das Federelement 35 kann dabei als eine Spiralfeder 35 ausgebildet sein.

Fig. 3 zeigt einen in Fig. 2 mit A-A bezeichneten Schnitt des Seitenkanalverdich ters 1 in vergrößerter Darstellung, wobei das mindestens eine scheibenförmige Element 11 in einer ersten Drehstellung um die Drehachse 4 im Gehäuse 3, ins besondere im Gehäuse-Oberteil 7 oder im Gehäuse-Unterteil 8, positioniert ist.

Fig. 3 zeigt hierbei die Anordnung des scheibenförmigen Elements 11 zwischen dem Verdichterrad 2 und dem Gehäuse-Unterteil 8 gemäß einem ersten Ausfüh rungsbeispiel. Dabei weist das erste scheibenförmige Element 11a im Bereich des mindestens einen Seitenkanals 19, 21 axial zur Drehachse 4 verlaufend eine erste Bohrung 40 und/oder eine zweite Bohrung 42 und/oder eine dritte Bohrung 44 auf, wobei der Steg 25 zwischen der ersten Bohrung 40 und der zweiten Boh rung 42 ausgebildet ist. Wie in Fig. 3 dargestellt ist das scheibenförmige Element 11 in der ersten Drehstellung derart im Gehäuse-Unterteil 8 positioniert, dass sich die erste Bohrung 40 mit der Gas-Auslassöffnung 16 überdeckt und dass sich die zweite Bohrung 42 sich mit der Gas- Einlassöffnung 14 überdeckt. Dabei wird die dritte Bohrung 44 auf der dem Verdichterrad 2 abgewandten Öffnung durch das Gehäuse-Oberteil 8 verdeckt. In dieser ersten Drehstellung des schei benförmigen Elements 11 befindet sich der Steg 25 im Unterbrecherbereich 15 wodurch sich der kapselnde Trennungsbereich 47 zwischen dem scheibenförmi gen Element 11 und dem Gehäuse-Unterteil 8 ausbildet, insbesondere im Unter brecherbereich 15. Der Steg 25 verläuft in dieser ersten Drehstellung des schei benförmigen Elements 11 dabei symmetrisch zu einer Längsachse 46, wobei die Längsachse 46 orthogonal zur Drehachse 4 und im gleichen Abstand zur Gas- Einlassöffnung 14 und zur Gas-Auslassöffnung 16 verläuft.

Diese erste Drehstellung des scheibenförmigen Elements 11 liegt vorteilhafter weise bei einem eingeschalteten Seitenkanalverdichter 1 vor, insbesondere wenn sich das Verdichterrad 2 in einer Rotationsbewegung um die Drehachse 4 befindet. Dabei wird das scheibenförmige Element 11 mittels einer Beaufschla gung einer ersten Wirkfläche 32 mit dem durch das rotierende Verdichterrad 2 verursachten Druck im jeweiligen Seitenkanal 19, 21 in der ersten Drehstellung gehalten, insbesondere entgegen einer Rückstellkraft beispielsweise einer Fer- derkraft durch das Federelement 35, wobei sich die erste Wirkfläche 32 insbe sondere in dem dem Unterbrecher-Bereich 15 in einer ersten Strömungsrichtung 24 zugewandten Seite des mindestens einen Seitenkanals 19, 21 befindet. Auf der der ersten Strömungsrichtung 24 abgewandten Seite des mindestens einen Seitenkanals 19, 21 befindet sich eine zweite Wirkfläche 34. Diese erste Strö mungsrichtung 24 ist der Strömungspfad, den das gasförmige Medium nach dem Eintritt durch die Gas- Einlassöffnung 14 durch den Seitenkanalverdichter 1 nimmt, insbesondere durch nahezu die gesamte Länge des jeweiligen Seitenka nal 19, 21 wenn sich das scheibenförmige Element 11 in der ersten Drehstellung befindet. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der Seitenkanalverdichter 1 in Be trieb ist und somit eingeschaltet ist, das Verdichterrad rotiert, und man eine Ver- dichtungs- und Förderleistung des gasförmigen Medium durch den Seitenkanal verdichter 1 erzielt werden soll. Dabei ist es förderlich, dass das gasförmige Me dium durch das Verdichterrad 2 angetrieben wird und durch eine möglichst große Länge des jeweiligen Seitenkanals 19, 21 strömt.

Um das scheibenförmige Element 11 in die erste Drehstellung zu bewegen, muss das scheibenförmige Element 11 in einer zweiten Drehrichtung 38 im Ge häuse 3, insbesondere im Gehäuse-Unterteil 8, um die Drehachse 4 gedreht werden, wobei sich das scheibenförmige Element 11 dabei im Verhältnis zum feststehenden Seitenkanalverdichter 1 und zum feststehenden Gehäuse-Unter teil 8 dreht. Für eine optimale Funktion des Seitenkanalverdichters 1 in einge schaltetem Zustand mit dem sich in Rotation befindlichen Verdichterrad 2 ist es erforderlich, dass das scheibenförmige Element 11, insbesondere der jeweilige Seitenkanal 19, 21 des scheibenförmigen Elements 11, zum Gehäuse 3, insbe sondere zum Gehäuse-Oberteil 7 und/oder zum Gehäuse-Unterteil 8, und/oder zum Verdichterrad 2 möglichst effizient gekapselt ist, so dass das gasförmige Medium nicht oder nur eine geringe Menge des gasförmigen Mediums aus dem Verdichterraum 30 entweichen kann.

Gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform kann sich ein weiteres scheibenförmiges Element 11b zwischen dem Verdichterrad 2 und dem Ge häuse-Oberteil 7 befinden. Dieses weitere scheibenförmige Element 11b muss dabei nicht zwangsläufig die erste Bohrung 40, die zweite Bohrung 42 oder die dritte Bohrung 44 aufweisen.

Fig. 4 zeigt einen in Fig. 2 mit A-A bezeichneten Schnitt des Seitenkanalverdich ters 1 in vergrößerter Darstellung, wobei das mindestens eine scheibenförmige Element 11 in einer zweiten Drehstellung um die Drehachse 4 im Gehäuse 3, insbesondere im Gehäuse-Oberteil 7 oder im Gehäuse-Unterteil 8, positioniert ist. Dabei wird eine weitere Strömungsverbindung 18, insbesondere eine By- Pass-Strömungsverbindung 18, zwischen der Gas- Einlassöffnung 14 und der Gas-Auslassöffnung 16 zumindest zeitweise und/oder betriebszustands-abhän- gig vom Seitenkanalverdichter 1 hergestellt wird, wobei diese By-Pass-Strö- mungsverbindung 18 insbesondere zumindest annähernd direkt zwischen der Gas- Einlassöffnung 14 und der Gas-Auslassöffnung 16 ausgebildet wird.

Dabei wird die By-Pass-Strömungsverbindung 18 durch ein Wegbewegen des jeweiligen Stegs 25 aus dem Unterbrecherbereichs 15 ausgebildet, wodurch der kapselnde Trennungsbereich 47 zwischen dem Verdichterrad 2 und dem Ge häuse 3, insbesondere zwischen dem Steg 25 und dem Verdichterrad 2, aufge hoben wird. Dabei wird das scheibenförmige Element 11 in der zweiten Drehstel lung derart positioniert, dass sich die zweite Bohrung 42 des scheibenförmigen Elements 11 mit der Gas-Auslassöffnung 16 des Gehäuses 3, insbesondere des Gehäuse-Unterteils 8, überdeckt und sich die dritte Bohrung 44 des scheibenför migen Elements 11 mit der Gas- Einlassöffnung 14 des Gehäuses 3 überdeckt, wobei die erste Bohrung 40 auf der dem Verdichterrad 2 abgewandten Öffnung durch das Gehäuse 3, insbesondere das Gehäuse-Oberteil 8 verdeckt ist. Um in die zweite Drehstellung zu gelangen muss das scheibenförmige Element 11 in der ersten Drehrichtung 20 gedreht werden.

Mittels der By-Pass-Strömungsverbindung 18, die zwischen der Gas- Einlassöff nung 14 und der Gas-Auslassöffnung 16 zumindest zeitweise und/oder betriebs- zustands-abhängig vom Seitenkanalverdichter 1 hergestellt wird, kann das gas förmige Medium in einer zweiten Strömungsrichtung 26 direkt von der Gas- Ein lassöffnung 14 zur Gas-Auslassöffnung 16 und muss dabei nur einen kleinen Teilbereich des Seitenkanals 19 durchströmen. Dabei ist diese By-Pass-Strö- mungsverbindung 18 insbesondere zumindest annähernd direkt zwischen der Gas- Einlassöffnung 14 und der Gas-Auslassöffnung 16 ausgebildet. Auf diese Weise lässt sich eine verbesserte Durchströmung aufgrund eines geringeren Strömungswiderstands durch den Seitenkanalverdichter 1 beim Stillstand des Verdichterrads 2 erzielen, wodurch der Seitenkanalverdichter 1 einen verringer ten Strömungswiderstand, insbesondere eine Drosselung der Strömung, im Brennstoffzellensystem 37, aufweist. Dadurch lässt sich der Vorteil erzielen, dass sich der Wirkungsgrad und/oder die Förderrate des gesamten Brennstoffzellen systems 37 verbesseren lässt. Ein Strömen des gasförmigen Mediums in der ers- ten Strömungsrichtung 24 von der Gas- Einlassöffnung 14 zur Gas -Auslassöff nung 16 durch den Strömungskanal 19 wird durch den Steg 25 unterbunden, so dass das gasförmige Medium nur bis zur ersten Wirkfläche 32 strömen kann und hier eine Kapselung, insbesondere beim stillstehenden Verdichterrad 2, erzielt wird. Die Kapselung in der ersten Strömungsrichtung 24 wird durch die Elemente des mindestens einen Stegs 25, der somit in diesem Bereich den Unterbrecher- Bereich 15 ausbildet, und das Schaufelblatt 5 des Verdichterrads 2 erzielt, wobei ein minimales und für das gasförmige Medium undurchlässiges Spaltmaß zwi schen dem Schaufelblatt 5 und dem Steg 25 ausgebildet ist.

Des Weiteren kann das scheibenförmige Element 11 durch das Federelement 35 mit einer Rückstellkraft beaufschlagt werden, wobei die Rückstellkraft das schei benförmige Element 11 in der ersten Drehrichtung 20 in die zweite Drehstellung positioniert, wobei die erste Drehrichtung 20 um die Drehachse 4 verläuft. Vorteil hafterweise liegt die zweite Drehstellung des scheibenförmigen Elements 11 bei einem abgeschalteten Seitenkanalverdichter 1 vor, insbesondere wenn sich das Verdichterrad 2 im Stillstand befindet. Dies bietet den Vorteil, dass der Strö mungswiderstand des gesamten Seitenkanalverdichters 1 mittels der ausgebilde ten By-Pass-Strömungsverbindung 18, bei der sich das scheibenförmige Element 11 in der zweiten Drehstellung befindet, automatisch ausbilden kann aufgrund der Rückstellkraft des Federelements 35, sobald der Seitenkanalverdichter 1 nicht in Betrieb, insbesondere ausgeschaltet, ist. In diesem Fall befindet sich der Seitenkanalverdichter 1 im Saugbetrieb im Gegensatz zum Förderbetrieb, der bei einem eingeschalteten Seitenkanalverdichter 1 vorliegt. Dabei wird das scheiben förmige Element 11 mittels einer Beaufschlagung der zweiten Wirkfläche 34 mit dem durch das im Saugbetrieb des Seitenkanalverdichters 1 von außen einströ mende und durch die By-Pass-Strömungsverbindung 18 strömende gasförmige Medium verursachten Druck in der zweiten Drehstellung gehalten, wobei sich die zweite Wirkfläche 34 insbesondere in der dem Unterbrecher-Bereich 15 in der ersten Strömungsrichtung 24 abgewandten Seite des Seitenkanals 19, 21 befin det.

Die By-Pass-Strömungsverbindung 18 bietet somit Vorteile bei einem häufigen Abschalten des Seitenkanalverdichters 1 im Brennstoffzellenbetrieb, beispiels weise aufgrund von variierenden Betriebszuständen des Brennstoffzellensystems 37 oder bei einem Ausfall des Seitenkanalverdichters 1: im abgeschalteten Zu stand des Seitenkanalverdichter 1, der keine By-Pass-Strömungsverbindung 18 aufweist kann der Seitenkanalverdichter 1 einen hohen Strömungswiderstand im Brennstoffzellensystem 37 ausbilden, zum einen aufgrund der geometrischen Ausformung des mindestens einen Seitenkanals 19, 21 und zum anderen auf grund der Geometrie des Verdichterrads 2 im Verdichterraum 30, insbesondere aufgrund einer Schaufelblatt-Geometrie des Verdichterrads 2. Dabei muss das gasförmige Medium den jeweiligen Seitenkanal 19, 21 nahezu über dessen ge samte Länge in der ersten Strömungsrichtung 24 durchströmen, was zu einem hohen Strömungswiderstand des Seitenkanalverdichters 1 führt. Dadurch ver schlechtert sich der Wirkungsgrad und/oder die Förderrate des gesamten Brenn stoffzellensystems 37.

Gemäß einem zweiten beispielhaften Ausführungsform kann sich das zweite scheibenförmiges Element 11b zwischen dem Verdichterrad 2 und dem Ge häuse-Oberteil 7 befinden. Dieses zweite scheibenförmige Element 11b muss dabei nicht zwangsläufig die erste Bohrung 40, die zweite Bohrung 42 oder die Dritte Bohrung 44 aufweisen. Eine Herstellung der By- Pass-Strömungsverbin dung 18, zwischen der Gas- Einlassöffnung 14 und der Gas-Auslassöffnung 16 wird dabei derart ermöglicht, dass sich durch eine Drehung des zweiten schei benförmigen Elements 11b um die Drehachse 4 der Steg 25b aus dem Unterbre cherbereich 15 wegbewegt. Dadurch kann das gasförmige Medium durch die Gas- Einlassöffnung 14 in den Seitenkanalverdichter 1 einströmen, wobei das gasförmige Medium dann axial zur Drehachse 4 zwischen den Schaufelblättern 2 hindurch zum zweiten scheibenförmigen Elements 11b in den Bereich des zwei ten Seitenkanals 21 strömt. Da der Steg 25b aus dem Unterbrecherbereich 15 wegbewegt wurde kann das gasförmige Medium über diese weitere By-Pass- Strömungsverbindung 18 in der zweiten Strömungsrichtung 26 durch den zwei ten Seitenkanal 21 des weiteren scheibenförmigen Elements 11b strömen, wobei ein kürzerer Strömungsabschnitt vom gasförmigen Medium im zweiten Seitenka nal 21 durchströmt werden muss, um von der Gas- Einlassöffnung 14 zur Gas- Auslassöffnung 16 zu gelangen, als dies bei einem sich im Unterbrecherbereich 15 befindlichen Stegs 25b möglich wäre. Das gasförmige Medium muss also nicht in der ersten Strömungsrichtung 24 durch einen längeren Strömungsab schnitt im zweiten Seitenkanal 21 strömen, wie dies bei einem im Unterbrecher bereich 15 befindlichen Steg 25b der Fall wäre, um von der der Gas- Einlassöff nung 14 zur Gas-Auslassöffnung 16 zu gelangen. Zudem kann der Seitenkanalverdichter 1 in einer beispielhaften Ausführungsform die Merkmale der ersten und der zweiten Ausführungsform in Kombination auf weisen, so dass sich ein erstes scheibenförmiges Element 11a zwischen dem Verdichterrad 2 und dem Gehäuse-Unterteil 8 in Richtung der Drehachse 4 befin- det und sich ein zweites scheibenförmiges Element 11b zwischen dem Verdich terrad 2 und dem Gehäuse-Oberteil 7 in Richtung der Drehachse 4 befindet.

In Fig. 5 ist eine beispielhafte Ausführung und Anordnung des Federelement 35 im Gehäuse gezeigt das Federelement 35 als eine Schraubenfeder 35 ausgebil- det ist, wobei sich die Schraubenfeder 35 radial zur Drehachse 4 in einer Öffnung des Gehäuses 3 befindet, wobei die Schraubenfeder 35 in einer ersten Richtung, wobei die erste Richtung insbesondere parallel zur Längsachse 46 verläuft über einen Stift 45 derart auf das scheibenförmige Element 11 wirkt, dass das schei benförmige Element 11 mit einer Rückstellkraft beaufschlagt wird, wobei sich die Schraubenfeder 35 in einer zweiten Richtung an einer ins Gehäuse 3 einge schraubten Einstellschraube 43 abstützt. Dabei kann die auf das scheibenför mige Element 11 wirkende Rückstellkraft mittels der Einschraubtiefe der Einstell schraube 43 und der dadurch resultierenden veränderten Federvorspannkraft der Schraubenfeder 35 verändert oder angepasst werden.

Das Federelement 35 kann auch als eine Spiralfeder 35 ausgeführt sein und bei spielsweise in Richtung der Drehachse 4 zwischen dem Gehäuse 3 und dem scheibenförmigen Element 11 angeordnet sein.