用于燃料电池系统的用于输送和/或压缩气态介质的侧通道压缩机 |
|||||||
| 申请号 | CN201880074033.7 | 申请日 | 2018-09-24 | 公开(公告)号 | CN111344493A | 公开(公告)日 | 2020-06-26 |
| 申请人 | 罗伯特·博世有限公司; | 发明人 | M·库尔茨; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于 燃料 电池 系统(37)的侧通道 压缩机 (1)，用于输送和/或压缩气态介质、尤其是氢气，所述侧通道压缩机具有：壳体(3)；位于所述壳体(3)中的压缩机室(30)，所述压缩机室具有至少一个环绕的侧通道(19,21)；位于所述壳体(3)中的压缩机轮(2)，所述压缩机轮以能够绕着旋 转轴 线(4)旋转的方式布置，其中，所述压缩机轮(2)在其周边上具有布置在所述压缩机室(30)的区域中的输送腔(28)；和分别构造在壳体(3)上的一个气体进入开口(14)和一个气体排出开口(16)，它们通过所述压缩机室(30)、尤其是两个侧通道(19,21)相互 流体 连通，并且其中，在所述压缩机室(30)的区域中，通过至少一个分离区域(35)借助所述压缩机轮(2)和所述壳体(3)的 配对 面实现各侧通道(19,21)的密封。根据本发明，在此，所述至少一个分离区域(35)通过所述构件压缩机轮(2)和壳体(3)的配对面这样地构造，使得对应的一个构件具有环绕的棱边(5)，该棱边尤其带有环绕的尖端(11)，而对应的另一构件具有环绕的、至少近似平面的配对面(23)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于燃料电池系统(37)的侧通道压缩机(1)，用于输送和/或压缩气态介质、尤其是氢气，所述侧通道压缩机具有： |
||||||
| 说明书全文 | 用于燃料电池系统的用于输送和/或压缩气态介质的侧通道技术领域背景技术[0002] 在汽车领域中，除液态燃料外，气态燃料在未来也越来越重要。尤其在具有燃料电池驱动装置的车辆中必须控制氢气流。在此，气流不再如在喷射液态燃料时那样不连续地被控制，而是将气体从至少一个高压箱取出并且经由中压管路系统的流入管路引导到喷射器单元上。该喷射器单元将气体经由低压管路系统的连接管路导向燃料电池。在气体流过燃料电池之后，该气体经由回流管路被引回到喷射器单元。在此，侧通道压缩机可以被连接在中间，该侧通道压缩机在流体技术和效率技术方面辅助气体再循环。此外，侧通道压缩机被用于尤其在一定停机时间之后(冷)启动车辆时辅助燃料电池驱动装置中的流动建立。该侧通道压缩机的驱动通常通过电动机实现，该电动机在车辆中运行时通过车辆电池被供给电压。 [0003] 由DE 10 2007 053 016 A1已知一种用于燃料电池系统的侧通道压缩机，在该侧通道压缩机中，气态介质、尤其是氢气被输送和/或压缩。侧通道压缩机具有环绕在壳体中的压缩机轮，该压缩机轮固定在驱动轴上并且被驱动装置置于旋转中并且因此能够绕着旋转轴线旋转地布置。此外，侧通道压缩机具有位于壳体中的压缩机室，该压缩机室具有至少一个环绕的侧通道。在此，压缩机轮具有在其周边上布置在压缩机室区域中的输送腔。此外，在壳体中分别布置有气体进入开口和气体排出开口，它们通过至少一个侧通道相互流体连通。在此，在压缩机室的区域中，通过至少一个分离区域借助压缩机轮和壳体的面配对引起对至少一个侧通道的密封。 [0004] 由DE 10 2007 053 016 A1已知的侧通道压缩机可能具有一定缺点。在燃料电池系统中使用侧通道压缩机、尤其作为再循环增压器的情况下，在侧通道压缩机的内室中可能出现尤其由于气态介质的凝结而引起的液态水的形成。在燃料电池系统在车辆中关闭的状态下，所述水在周围环境温度低时沉积在系统的管路上，但也沉积在侧通道压缩机的旋转零件如轴承、轴或压缩机轮上。在车辆启动和因此燃料电池组件启动时，这在过大的冰桥形成(Eisbrückenbildung)的情况下可能导致驱动装置卡住，由此能够损坏旋转零件、尤其是压缩机轮和/或使系统的启动变得困难或者说延迟或完全阻止系统的启动。 [0005] 在DE 10 2015 00 264 A1中说明了一种侧通道压缩机，该侧通道压缩机通过将通流壳体盖沿重力作用方向成型和布置在叶轮下方来防止液态水的接触和/或在可运动构件上形成冰桥。然而，在DE 10 2015 00 264 A1中所说明的侧通道压缩机可能具有一定缺点。该侧通道压缩机在燃料电池系统中和/或在车辆中的安装位置例如由于侧通道压缩机的结构构型、尤其是通过在测地学上布置在叶轮下方的通流壳体盖而不可变。如果例如由于车辆制造商的结构空间限制和/或车辆停放在倾斜道路上而不能遵守侧通道压缩机在车辆中的非常特殊的安装位置和/或车辆的倾斜角度，则不能实现可靠地避免构件之间的冰桥形成，因为由于倾斜，液态水聚集在压缩机轮和壳体之间。这通过以下条件决定，即在DE 10 2015 00 264 Al所说明的侧通道压缩机中利用重力效应来导出液态水。此外，在将液态水不完全导出到中间空间的区域中时，可能在叶轮和壳体之间形成冰桥。 发明内容[0006] 参照权利要求1，侧通道压缩机这样地构造，使得至少一个分离区域这样地通过压缩机轮和壳体的面配对形成，使得对应的一个构件具有环绕的棱边，该棱边尤其带有环绕尖端，而对应的另一构件具有环绕的、至少近似平面的配对面。由于面配对的几何造型，以这种方式可以防止，液态水在压缩机叶轮和壳体之间、尤其是在分离区域中聚集，由此保证在温度低时不能在分离区域中形成冰桥。在此，通过环绕的尖端这样地防止液态水聚积在分离区域中，使得利用液态水的表面张力效应。由此，侧通道压缩机即使在温度低、尤其外部温度低于0℃和停机时间长的情况下也能够毫无问题地启动。在此，侧通道压缩机在燃料电池系统和/或车辆中的安装位置和/或位置在大的范围内是灵活的，因为可以在大的角度范围内调整由重力引起的效应，用于导出水并且由几何形状设计和/或离心力得到用于导出水的主要效应。此外，可以防止由于冰桥形成和/或渗入的液态水而损坏侧通道压缩机和/或驱动装置、尤其是电驱动装置的旋转零件。此外，可以防止在冷启动时由于冰桥而导致的压缩机轮卡住，由此通过根据本发明的构型得出压缩机轮的冻结保护的有利功能。这导致燃料电池系统和/或车辆中的侧通道压缩机的改善的冷启动性能和更高的可靠性。 [0008] 根据一个特别有利的构型，至少一个分离区域将侧通道彼此密封和/或将各侧通道与壳体与壳体的相对于旋转轴线径向内置的区域和/或相对于旋转轴线径向外置的区域密封。以这种方式，一方面可以实现以下优点，即通过将侧通道彼此密封，两个侧通道之间的气态介质的交换可以仅通过压缩机轮的输送腔进行，这在输送轮处于旋转中时由于流动关系仅能够受限地实现。由此可以确保，在两个侧通道中形成彼此独立的压力建立和与壳体无关的循环流动，其中，利用两个侧通道中的通道流动与叶轮流动之间的动量交换。这提供以下优点，即能够提高侧通道压缩机的效率和/或输送体积，尤其与仅具有一个侧通道的侧通道压缩机相比。 [0009] 此外，以这种方式可以实现以下优点，即实现至少一个侧通道和/或输送腔相对于壳体中的外置区域和/或内置区域的密封。以这种方式防止氢气和/或重组分从压缩机室的区域侵入到侧通道压缩机的区域中，在该侧通道压缩机的区域中存在能够被氢气和/或重组分损坏的构件。因此，例如可以提高驱动轴的轴承的使用寿命，因为通过内置区域的密封防止由于腐蚀、尤其是由于与水接触而引起的损坏。此外，防止由于液体进入到电构件中而导致的电短路，因为所有电构件，例如驱动装置位于侧通道压缩机的内置的密封区域中并且因此被保护免受液体。由此降低了侧通道压缩机的失效概率并且可以提高燃料电池系统的使用寿命。 [0010] 根据一个有利的扩展方案，棱边和配对面在对应的分离区域中环绕着旋转轴线延伸。以这种方式可以确保压缩机轮的低摩擦和低冲击的旋转，因为压缩机轮的可能的引导效应通过环绕的棱边在旋转时产生。此外，可以实现以下优点，即减少了压缩机轮翘曲和/或倾斜的风险。环绕着旋转轴线的棱边和配对面的另一优点是，可以实现侧通道的区域和/或内置区域和/或外置区域相对彼此的良好密封。由此能够提高侧通道压缩机的使用寿命，而降低整个燃料电池系统的失效概率。 [0011] 根据一个有利的构型，棱边在分离区域中环绕着旋转轴线构造在壳体上的第一直径区域和/或第二直径区域中。在此，棱边的尖端相对于旋转轴线轴向地朝压缩机轮上的配对面取向，其中，第一直径区域将侧通道在其内径上相对于旋转轴线径向地限界，而第二直径区域将侧通道在其外径上相对于旋转轴线径向地限界。以这种方式可以成本低地实现根据本发明的面配对，借助该面配对可以防止，液态水能够在压缩机轮和壳体之间、尤其是在分离区域中聚集，由此保证在温度低时在分离区域中不形成冰桥。该实现方式是成本低的，因为环绕的棱边和/或环绕的尖端可以这样直接被引入到壳体中，使得该轮廓可以通过在壳体中加工、尤其是去除已经存在的平坦地延伸的表面实现。在此，该表面相对于旋转轴线径向地延伸并且仅需要在分离区域中进行加工。此外，可以使用现有的壳体并且仅需要去除的加工步骤。因此得到以下优点，即能够改善侧通道压缩机的冷启动性能，而仅产生少的制造附加成本。 [0012] 根据一个特别有利的扩展方案，棱边在分离区域中环绕着旋转轴线构造在压缩机轮上的第三直径区域和/或第四直径区域中。在此，棱边的尖端相对于旋转轴线轴向地朝壳体中的配对面取向并且第三直径区域将输送腔在其内径上相对于旋转轴线径向地限界。此外，第四直径区域将输送腔在其外径上相对于旋转轴线径向地限界。以这种方式能够以成本低的方式实现根据本发明的面配对，借助该面配对防止液态水在压缩机轮和壳体之间、尤其是在分离区域中聚集，由此保证在温度低时在分离区域中不形成冰桥。该实现方式是成本低的，因为环绕的棱边和/或环绕的尖端仅须在压缩机轮上在分离区域中并且因此在第三和第四直径区域的区域中被施加和/或引入到压缩机轮上和/或压缩机轮中。壳体可以在配对面的区域中保持未加工，或替代地，可以使用成本低的方法用于改善表面粗糙度。为了在压缩机轮上施加和/或引入棱边和/或尖端，例如可以在一个工作步骤中借助挤出辊压方法在压缩机轮上产生相应的轮廓，而不需要去除材料或施加材料。 [0013] 该扩展方案提供以下优点，即不需要改变压缩机轮的已经存在的结构设计。此外，仅需要一个加工步骤并且因此可以成本低地实现冻结保护的特别有利的扩展方式。因此得到以下优点，能够改善侧通道压缩机的冷启动性能，而仅产生少的制造附加成本。 [0014] 根据一个有利的构型，棱边在分离区域中环绕着旋转轴线构造在壳体上的第一直径区域中和/或在第二直径区域中。在此，棱边的尖端相对于旋转轴线径向地朝压缩机轮上的配对面取向，并且在此，第一直径区域相对于旋转轴线径向地从输送腔的内径延伸至压缩机轮的毂盘。此外，第二直径区域相对于旋转轴线径向地从输送腔的外径延伸至壳体中的外置的密封区域的外径。以这种方式可以实现以下优点：尽管在壳体中和在分离区域中引入带有尖端的棱边，但仍可以实现紧凑的结构，而液态水尤其相对于旋转轴线径向地可靠流出防止冰桥形成。在此有利的是，可以保证燃料电池系统中和/或车辆中的侧通道压缩机的改善的冷启动性能和较高的可靠性，同时尽管压缩机轮的冻结保护的有利功能，但在壳体中不需要附加的结构空间。 [0015] 根据一个有利扩展方案，棱边在分离区域中环绕着旋转轴线构造在压缩机轮上的第三直径区域中和/或第四直径区域中，其中，棱边的尖端相对于旋转轴线径向地朝压缩机轮上的配对面取向。在此，第三直径区域将输送腔在其内径上相对于旋转轴线径向地限界，而第四直径区域将输送腔在其外径上相对于旋转轴线径向地限界。以这种方式可以实现以下优点：尽管在分离区域中在压缩机轮上引入带有尖端的棱边，但仍可以实现紧凑的结构形式，而液态水尤其相对于旋转轴线径向地可靠流出防止冰桥形成。此外，可以仅在一个工作步骤中在压缩机轮上施加和/或引入棱边和/或尖端。在此，可以使用成本低且快速的方法：辊压、尤其是环形辊压和/或横向辊压，以便产生带有尖端的棱边的相应轮廓。因此，能够保持侧通道压缩机的制造成本低，同时改善冷启动性，这导致即使在周围环境温度低和燃料电池系统的停机时间长的情况下侧通道压缩机和燃料电池系统的更长的使用寿命。 [0016] 根据一个特别有利的构型，压缩机轮在第一直径区域和/或第二直径区域中具有环绕的配对面，其中，该配对面沿旋转轴线的方向具有线性的并且相对于旋转轴线弯折的、尤其是环绕地呈锥形的走势。在此，配对面的走势从对称轴线离开沿旋转轴线的两个方向尤其对称地指向，并且在此，棱边的尖端在壳体上与配对面正交地朝压缩机轮取向。此外，在此，第三直径区域将输送腔在其内径上相对于旋转轴线径向地限界，而第四直径区域将输送腔在其外径上相对于旋转轴线径向地限界。在另一示例性的实施方式中，壳体在第一直径区域和/或第二直径区域中具有环绕的配对面，其中，该配对面沿旋转轴线的方向具有至少一个线性的并且相对于旋转轴线弯折的、尤其是环绕地呈锥形的走势，并且其中，配对面的走势从对称轴线离开沿旋转轴线的两个方向尤其对称地延伸。在此，棱边的尖端在压缩机轮上与配对面正交地朝壳体取向，并且第一直径区域将侧通道在其内径上相对于旋转轴线径向地限界。此外，第二直径区域将侧通道在其外径上相对于旋转轴线径向地限界。以这种方式可以实现以下优点：由于环绕地弯折的走势，可以实现液态水从分离区域改进地导出。在此保证，即使在侧通道压缩机的多个不同的安装位置中，分离区域中的两个弯折的走势中的至少一个也能够实现液态水的最优导出，因为至少一个分离区域良好地向重力的作用方向取向，由此进一步改进液态水从分离区域的导出。配对面和具有棱边和尖端的面的相对于旋转轴线弯折的走势的另一优点是，在压缩机轮旋转时由于介质、尤其是液态水的离心力可以实现从分离区域的改进地导出。因此，在侧通道压缩机关闭时，没有或仅小部分的液态水处于分离区域中。因此得到以下优点，即可以改善侧通道压缩机的冷启动性能并且改善侧通道压缩机的使用寿命。 [0017] 根据一个有利的构型，壳体在气体进入开口和气体排出开口之间具有中断区域，其中，中断区域具有多个相继布置的弧形突出部。在此，所述弧形突出部台阶状地沿流动方向延伸或台阶状地与流动方向相反地延伸，其中，突出部的端部沿对称轴线的方向从侧通道的中心向对应的第一或第二直径区域沿流动方向向前或向后地延伸。以这种方式可以实现以下优点，即有效的分离引起压力侧、尤其是在气体排出开口的区域中与抽吸侧、尤其是在气体进入开口的区域中的分离。该分离是必要的，以便可以确保气态介质在燃料电池系统中的有效输送，并且防止气态介质从压力侧经由分离区域到抽吸侧的回流和/或压力下降。通过中断区域中的多个相继布置的弧形突出部可以保证，压力侧和进入侧之间的差压总是进一步下降。此外，在此有利的是，突出部台阶状地延伸，其中，所述突出部的端部向前或向后地延伸，由此调整差压均匀地下降并且可以不出现由于流动分离而引起的负面效应。由此能够减小中断区域中的压力损失并且提高侧通道压缩机的效率。 [0018] 根据一个有利的扩展方案，壳体在第二直径区域中具有环绕着旋转轴线的槽。以这种方式可以实现以下优点，即重组分、尤其是液态水和/或水蒸汽和/或氮气可以从输送腔和/或侧通道的区域被导出到环绕的槽中。在此，重组分的导出通过由压缩机轮的旋转而施加到气态介质上的离心力实现。在此，重组分从侧通道的区域和/或从输送腔的区域沿导出方向从旋转轴线离开或沿旋转轴线的方向穿过尤其在壳体和压缩机轮之间的分离区域朝向槽运动。在本发明的另一示例性的扩展方案中，槽具有导出孔，通过该导出孔可以将重组分从壳体中导出。由此，重组分从至少一个侧通道和/或输送腔的区域中被导出。附图说明 [0019] 根据附图下面详细地说明本发明。附图示出了： [0020] 图1根据本发明的侧通道压缩机的示意性剖视图。 [0021] 图2侧通道压缩机的在图1中用A-A标记的截面的放大视图， [0022] 图3侧通道压缩机的在图1中用II标记的截面的放大视图， [0023] 图4根据本发明的第二实施例具有分离区域的侧通道压缩机的示意性剖视图，[0024] 图5根据本发明的第三实施例具有分离区域的侧通道压缩机的示意性剖视图，[0025] 图6根据本发明的第四实施例具有分离区域的侧通道压缩机的示意性剖视图，[0026] 图7根据本发明的第五实施例具有分离区域的侧通道压缩机的示意性剖视图。 具体实施方式[0027] 根据图1的示图是根据本发明的侧通道压缩机1的示意性剖视图。 [0028] 在此，侧通道压缩机1具有压缩机轮2，该压缩机轮绕着水平延伸的旋转轴线4可旋转地支承在壳体3中。在此，驱动装置6、尤其是电驱动装置6用作压缩机轮2的旋转驱动装置6。压缩机轮2抗扭地布置在驱动轴9上并且尤其借助压配合与驱动轴9连接。压缩机轮2具有内压缩机轮毂10，其中，压缩机轮毂10具有槽口，驱动轴9穿过该槽口插入。此外，压缩机轮毂10在背离旋转轴线4的一侧上被毂座12环绕地限界。压缩机轮2从毂座12向外远离旋转轴线4地形成环绕的圆形毂盘13，其中，压缩机轮2还形成在外侧上衔接到毂盘13上的输送腔 28。在此，多个输送腔28在压缩机轮2中环绕着旋转轴线4在壳体3的环绕的压缩机室30中延伸。 [0029] 此外，壳体3在压缩机室30的区域中具有第一环绕的侧通道19和/或第二环绕的侧通道21。在此，侧通道19、21在壳体3中沿旋转轴线4的方向这样地延伸，使得这些侧通道相对于输送腔28轴向地在两侧延伸。在此，侧通道19、21可以至少在壳体3的部分区域中环绕着旋转轴线4延伸，其中，在壳体3中未构造有侧通道19、21的部分区域中形成在壳体3中的中断区域15，其中，中断区域15具有弧形突出部17。 [0030] 驱动轴9以一端部相对于旋转轴线4轴向地、至少以万向节的方式与驱动装置6连接。在此，轴承27在驱动轴9的外径上轴向地位于驱动装置6和压缩机轮2之间、尤其是驱动装置6和压缩机轮2的毂座12之间的区域中。驱动轴9相对于旋转轴线4轴向地在其背离驱动装置6的一侧上构造有轴承销36，其中，在轴承销36的区域中存在另一轴承27。轴承27可以是滚动轴承27、尤其是滚珠轴承27。 [0031] 此外，壳体3形成气体进入开口14和气体排出开口16。在此，气体进入开口14和气体排出开口16尤其通过至少一个侧通道19、21相互流体连通。 [0032] 转矩从驱动装置6通过压缩机轮毂10被传递到压缩机轮2上。在此，压缩机轮2被置于旋转运动中，并且输送腔28以环绕着旋转轴线4的旋转运动穿过壳体3中的压缩机室30沿流动方向47的方向运动(参见图2)。在此，已经位于压缩机室30中的气态介质被输送腔28携带运动并且在此被输送和/或压缩。此外，在输送腔28和至少一个侧通道19之间发生气态介质的运动、尤其是流动交换。在此，对于输送作用决定性的是，在运行中可以在各侧通道19、21内形成循环流动26。这通过侧通道19、21借助分离区域35中的面配对彼此气动分离来实现。这通常通过所提及的面配对之间的尽可能小的间隙实现。此外，气态介质、尤其是来自燃料电池39的未消耗的再循环介质经由气体进入开口14流入到侧通道压缩机1的压缩机室 30中和/或被供应给侧通道压缩机1和/或从位于气体进入开口14前面的区域被抽吸。在此，气态介质在完成穿流之后通过侧通道压缩机1的气体排出开口16被导出并且流到燃料电池系统37中。此外，示出对称轴线48，该对称轴线与旋转轴线4正交并且对称居中地穿过压缩机轮2的截面几何形状延伸。 [0033] 此外，在图1中示出，在壳体3的压缩机室30中布置有至少一个环绕着旋转轴线4的棱边5，其中，环绕的棱边5尤其布置在壳体3和压缩机轮2之间的分离区域35中。在此，分离区域35通过构件压缩机轮2和壳体3的面配对这样地构造，使得对应的一个构件具有至少一个环绕的棱边5、该棱边尤其带有环绕的尖端11，而对应的另一构件具有环绕的至少近似平面的配对面23。借助分离区域35，输送腔28和/或各侧通道19、21相对彼此密封和/或各侧通道19、21与壳体3的相对于旋转轴线4径向内置的区域50和/或相对于旋转轴线4径向外置的区域52密封。在侧通道压缩机1的确定的运行状况下，至少暂时地进行气态介质至少部分地且轻微地从侧通道19、21穿过运动到外置区域52中。在此，棱边5在分离区域35中环绕着旋转轴线4构造在壳体3上的第一直径区域20和/或第二直径区域22中。在此，边缘5的尖端11相对于旋转轴线4轴向地朝压缩机轮2上的配对面23取向，并且第一直径区域20将侧通道19、21在其内径上相对于旋转轴线4径向地限界，并且第二直径区域22将侧通道19、21在其外径上相对于旋转轴线4径向地限界。此外，通过密封防止，气态介质能够从输送腔28的区域和/或侧通道19、21侵入到侧通道压缩机1的内置区域50和/或外置区域52中。由此还防止，位于内置区域50中的构件驱动装置6和/或轴承27和/或驱动轴9被损坏。在电驱动装置6的情况中，重组分水或氢气的渗入可能导致短路和/或导致驱动装置6的电构件或软磁构件的损坏。这可能限制整个侧通道压缩机1的运行并且甚至导致失效。 [0034] 图2以放大视图示出侧通道压缩机1的在图1中用A-A标记的截面，其中示出壳体3、气体进入开口14、气体排出开口16、对称轴线48、中断区域15、侧通道19和介质流动方向47。 [0035] 如在图2中所示那样，中断区域15环绕着旋转轴线4位于壳体3中、尤其位于进入开口14和排出开口16之间。气态介质被压缩机轮2输送和/或在此从气体进入开口14流到气体排出开口16并且在此至少部分地流过侧通道19、21。在此，随着从气体进入开口14沿流动方向47到气体排出开口16的加剧的循环，气态介质的压缩和/或压力和/或流动速度在输送腔28中、尤其是在压缩机轮2的输送腔28中和在侧通道19、21中提高。由于中断区域15而引起压力侧与抽吸侧的分离，其中，抽吸侧位于气体进入开口14的区域中，而压力侧位于气体排出开口16的区域中。在此示出，气体进入开口14和气体排出开口之间的中断区域15具有多个相继布置的弧形突出部17。在此，弧形突出部17可以台阶状地沿流动方向47延伸或台阶状地与流动方向47相反地延伸。在此，在图2中示出第一实施方式，在该第一实施方式中，突出部17的端部沿对称轴线48的方向从侧通道19的中心向对应的第一或第二直径区域20、22沿流动方向47向前延伸。在另一实施方式中也可以是，突出部17沿对称轴线48的方向从侧通道19的中心向对应的第一或第二直径区域20、22沿流动方向47向后延伸。突出部17的这种布置和实施方式提供以下优点，即可以通过中断区域15实现抽吸侧与压力侧之间的有效分离。该分离是必要的，以便能够确保气态介质在燃料电池系统37中的有效输送并且不发生气态介质通过中断区域15从压力侧到抽吸侧的回流和/或压力下降。在此，压力分级地通过中断区域15中的相继布置的弧形突出部17下降，使得压力侧和进入侧之间的差压总是进一步下降。此外，在此有利的是，弧形突出部17台阶状地延伸，其中，所述弧形突出部的端部向前或向后延伸，由此调整差压的均匀下降并且不会出现由于流动分离而引起的负面效应。由此能够减小中断区域15中的压力损失并且提高侧通道压缩机1的效率。 [0036] 此外示出，壳体3在第一直径区域20和第二直径区域22中分别具有至少一个环绕的棱边5。如在图2中所示那样，第一直径区域20在此将第一侧通道19和/或第二侧通道21在内径上限界，而第二直径区域22在此将第一侧通道19和/或第二侧通道21在外径上限界。 [0037] 图3以放大视图示出侧通道压缩机1的在图1中用II标记的截面。在此示出分离区域35，该分离区域通过构件压缩机轮2和壳体3的面配对形成。在此，这两个构件中的一个形成配对面23，而对应的另一构件形成环绕着旋转轴线4的棱边5，其中，该棱边在面向配对面23的一侧上形成尖端11。分离区域35的该根据本发明的构造的优点在于，一方面防止液态水的聚积或至少使液态水的聚积变得困难，尤其是与具有由两个至少近似平面的配对面23组成的面配对的分离区域35相比。这出于以下原因，即液态水在棱边5和配对面23之间的分离区域35中聚积时必须形成大的表面，以便充满棱边5和配对面23之间的空间。这尤其在棱边5和配对面23之间的间距小的情况下适用，其中，为了密封作用应追求小间距，并且特别在输送氢气时，叶轮和壳体之间的功能相关的间隙尺寸设计得非常小。然而，由于液态水的表面张力，总是追求物理学上的努力来减小表面能，即，使在液态水的整个表面上的分子层上的开放键饱和。在此，液态水追求具有尽可能小的表面的状态。对于水分子而言，能量上更有利的是，处于水体部分内部中，因为在这里吸引力相互抵消。因此，水体部分将总是形成尽可能小的表面，以便尽可能少的水分子必须位于表面上。在液态水中的该物理效应负责从分离区域35、尤其是从棱边5和配对面23之间的区域直接流出，因为液态水的待形成表面在这里特别大，以便填充中间空间。在此，所产生的力与水的表面张力一样大并且分离区域35中的液态水的大的表面形状与理想地形成的液滴形状和/或球形相比存在能量等级变化。该效应在液态水中特别大，尤其是与其他液体相比，因为表面张力的大小基本上取决于液体分子之间的吸引力的强度。由于水分子的高极性和由此引起的强氢键结合，水具有非常大的表面张力。由此水和空气之间的表面如同张紧的、弹性的皮肤一样起作用。由此，即使没有附加的辅助效应，例如重力效应和/或离心力效应作用到液态水上，也可以引起液态水从分离区域35有效地运动出。 [0038] 棱边5和配对面23相对彼此并且尤其是相对于旋转轴线4的布置在图4至图7中的另外的实施例中示出。然而，本发明不局限于在此说明的实施例和在此突出的方面。而是，在由权利要求给定的范围内可以实现多个变型方案，这些变型方案在本领域技术人员的能力范围内。 [0039] 图4示出根据本发明的第二实施例的具有分离区域35的侧通道压缩机1的示意性剖视图。在此示出，棱边5在分离区域35中环绕着旋转轴线4构造在壳体3上的第一直径区域20中和/或在第二直径区域22中，其中，棱边5的尖端11相对于旋转轴线4径向地朝压缩机轮 2上的配对面23取向，并且其中，第一直径区域20相对于旋转轴线4径向地从输送腔28的内径延伸至压缩机轮2的毂盘13，而第二直径区域22相对于旋转轴线4径向地从输送腔28的外径22延伸至壳体3中的内置的密封区域52的外径。此外示出，壳体3在第二直径区域22中具有环绕着旋转轴线4的槽46。在此，槽46可以用于收集液态水，该液态水不能通过表面张力效应从分离区域35被导回到侧通道19、21之一中，例如由于压力或离心力。因此，在这种情况下，液态水可以从分离区域35被引导到槽46的区域中，从那里，液态水尤其借助附加的连接通道被引导到在侧通道压缩机1外的区域中。在另一实施方式中，槽46可以被用于从侧通道19、21的区域收集重组分、尤其是氮气。通过尤其在第一直径区域20中环绕着旋转轴线4的、带有尖端11的棱边5和配对面23之间的小间距，确保侧通道19、21与内置区域50的可靠密封。在图4中未示出的另一实施方式中，侧通道压缩机1可以在压缩机轮2上形成棱边5，而在壳体3上形成配对面23。在此，棱边5在分离区域35中环绕着旋转轴线4构造在压缩机轮2上的第一直径区域20和/或第二直径区域22中，其中，棱边5的尖端11相对于旋转轴线4径向地朝壳体3上的配对面23取向，并且其中，第一直径区域20将输送腔28在其内径上相对于旋转轴线4径向地限界，而第二直径区域22将输送腔28在其外径上相对于旋转轴线4径向地限界。 [0040] 图5示出，压缩机轮2在第三直径区域38和第四直径区域40中具有环绕的配对面23，其中，配对面23沿旋转轴线4的方向具有线性的且相对于旋转轴线4弯折的、尤其是环绕地呈锥形的走势，其中，配对面23的走势从对称轴线48离开沿旋转轴线4的两个方向尤其对称地延伸，并且其中，棱边5的尖端11在壳体3上与配对面23正交地朝压缩机轮2取向，并且其中，第三直径区域38将输送腔28在其内径上相对于旋转轴线4径向地限界，而第四直径区域40将输送腔28在其外径上相对于旋转轴线4径向地限界。通过侧通道压缩机1的面配对的该锥形走势与环绕的弯折走势可以将液态水从分离区域35更好地导出，因为这两个弯折的配对面23中的一个能够实现液态水的优化导出，因为这两个弯折的配对面23中的至少一个良好地相对于重力的作用方向定向。由此，液态水可以更容易地从该功能相关的区域流出，其中，一方面尤其是液态水在第三直径区域38中由于从旋转轴线4径向地离开延伸的离心力而从分离板35朝各侧通道19、21流出，尤其由于通过压缩机轮2的旋转运动作用到气态介质和/或液态水上而引起的离心力。由此防止气态介质和/或液态水渗入到内置区域50中。 另一方面，尤其保证尤其是液态水在第四直径区域40中由于从旋转轴线4径向地离开延伸的离心力而从分离区域35朝(在图5中未详细示出的)环绕的槽46流出，尤其由于通过压缩机轮2的旋转运动作用到气态介质和/或液态水上而引起的离心力。当位于侧通道19、21中的气态介质由于离心力从分离区域35的边界区域流出并且由此液态水从分离区域35被吸出时，也可以在分离区35中、尤其是在第一直径区域20中实现对液态水的抽吸作用。 [0041] 在图6中示出，壳体3在第一直径区域20和/或第二直径区域22中具有环绕的配对面23，其中，配对面23沿旋转轴线4的方向具有至少一个线性的并且相对于旋转轴线4弯折的、尤其是环绕地呈锥形的走势，其中，配对面23的走势从对称轴线48离开沿旋转轴线4的两个方向尤其对称地延伸，并且其中，棱边5的尖端11在压缩机轮2上与配对面23正交地朝壳体3取向，并且其中，第一直径区域20将侧通道19、21在其内径上相对于旋转轴线4径向地限界，而第二直径区域22将侧通道19、21在其外径上相对于旋转轴线4径向地限界。配对面的环绕的锥形走势包括在图5中已经所说明的相同优点，即液态水由于离心力从分离区域35、尤其从棱边5和配对面23的区域流出。 [0042] 在图7中示出，棱边5在分离区域35中环绕着旋转轴线4构造在压缩机轮2上的第三直径区域38和/或第四直径区域40中，其中，棱边5的尖端11相对于旋转轴线4轴向地朝壳体3中的配对面23取向，并且其中，第三直径区域38将输送腔28在其内径上相对于旋转轴线4径向地限界，并且第四直径区域40将输送腔28在其外径上相对于旋转轴线4径向地限界。在图7中所说明的、棱边5和配对面23的相对彼此布置的实施例与在图1中所说明的实施例类似，其中，在图7中，棱边5布置在压缩机轮2上，而配对面23布置在壳体上，其中，该实施例提供了与在图1的实施例中所说明的相同的优点。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈